TOR 溫拌橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計研究

李緒永

(山西誠達公路勘察設(shè)計有限公司，山西太原 030006)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車保有量不斷增加，每年都會有大量的廢舊輪胎產(chǎn)生，如何處理這些廢舊輪胎已經(jīng)成為我國一個很大的社會問題。近年來我國道路技術(shù)的不斷進步，廢舊輪胎制成的橡膠粉作為改性劑加入瀝青制成橡膠瀝青的技術(shù)越來越成熟，很大程度的減少了“黑色污染”。但是，通常道路施工都采用熱拌技術(shù)，由于橡膠瀝青粘度大，必須在更高的溫度下拌和、攤鋪。所以，它在處理廢舊輪胎的同時，也會產(chǎn)生一些危害人體健康的氣體。而溫拌技術(shù)恰好可以降低橡膠瀝青的粘度，從而降低橡膠瀝青混合料的施工溫度，符合我國節(jié)能減排的國策。

1 溫拌橡膠瀝青改性工藝

橡膠瀝青采用SK-70號基質(zhì)瀝青，結(jié)合國內(nèi)外研究成果采用了40目的橡膠粉，摻量為20%，外摻劑TOR的摻量為4.5%，按照以下工藝進行加工:

首先，將基質(zhì)瀝青化開，在110℃烘箱內(nèi)將橡膠粉烘干，準(zhǔn)備好規(guī)定用量的外摻劑TOR，分別稱重;

其次，把基質(zhì)瀝青加熱至170℃，加入橡膠粉，簡單攪拌5 min，為了防止膠粉結(jié)團，將TOR與橡膠粉同時加入;

再次，當(dāng)橡膠粉能比較均勻的分布在基質(zhì)瀝青中時，開始用高速剪切機進行剪切，同時保證剪切溫度為180℃;

最后，剪切1 h后，橡膠瀝青先在180℃環(huán)境發(fā)育2 h，然后進行相應(yīng)試驗，不得長時間擱置，以防止影響試驗結(jié)果。

2 TOR對橡膠瀝青性能的影響

通過試驗分析，我們知道了TOR的加入可以有效降低橡膠瀝青25℃針入度和177℃布氏旋轉(zhuǎn)粘度，也可以提高軟化點和延度，這就說明了TOR可以在降低橡膠瀝青的出料溫度前提下，提高瀝青的高溫性能，也就是在降低溫度后依然沒有降低橡膠瀝青的高溫性能，因此其作為溫拌劑就有著很好的降溫效果。

3 溫拌橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計

3.1 初試級配選擇

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中SMA-13級配范圍和橡膠瀝青不易壓實的特點，給出了建議級配上限和下限。并以4.75 mm作為關(guān)鍵篩孔，變化其通過率，分別選用了20%，25%，30%的通過率，確定了3條初試級配，見表1及圖1。

表1 初試建議級配

圖1 初試級配曲線

根據(jù)傳統(tǒng)SMA經(jīng)驗并結(jié)合橡膠瀝青的性質(zhì)，以6.5%作為初試油石比成型試件，成型好的馬歇爾試件測試其毛體積密度，計算得出的體積指標(biāo)見表2。

表2 各初試級配體積指標(biāo) %

參照SMA混合料設(shè)計空隙率，由于橡膠改性瀝青不同于一般瀝青，橡膠粉在混合料中的填充作用，不易壓實，可以適當(dāng)提高空間容納膠粉，減少碾壓彈性，因此本課題的SMA橡膠瀝青混合料空隙率設(shè)定為4.5%。

橡膠瀝青SMA是間斷級配，粗集料應(yīng)為石—石接觸，形成骨架結(jié)構(gòu)。為了檢驗是否形成骨架結(jié)構(gòu)，規(guī)范要求檢驗VCADRC≥VCAmix。

由表2中的試驗結(jié)果可知，級配1中VCADRC＜VCAmix，說明粗集料的骨架結(jié)構(gòu)被撐開，級配2和級配3都滿足規(guī)范要求，形成了骨架結(jié)構(gòu)。但級配3的空隙率較小，VMA，VFA沒有達到規(guī)范的要求，若想達到目標(biāo)空隙率，還要進一步減少油石比以增大空隙率，而過低的用油量會對瀝青混合料的低溫性能造成不利影響。綜上所述，選擇了級配2作為設(shè)計級配。

3.2 最佳瀝青用量確定

按照確定的級配2，選擇3個油石比分別為7.0%，7.4%，7.8%進行馬歇爾試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同油石比下的體積指標(biāo) %

根據(jù)目標(biāo)空隙率4.5%，確定設(shè)計最佳瀝青用量為7.4%。而普通SMA的最佳油石比只有6%，這是由于膠粉在橡膠瀝青中占了很大的比例，但橡膠瀝青較高的油石比對提高其路用性能帶來了很好的幫助。

3.3 壓實溫度與體積指標(biāo)的關(guān)系

為了確定混合料的拌和、攤鋪和碾壓溫度，在試驗室進行了不同試驗溫度的馬歇爾試驗，根據(jù)體積參數(shù)，選擇合適的溫度。試驗采用前文的級配與瀝青用量，結(jié)果見表4。

表4 不同溫度下橡膠瀝青混合料的體積指標(biāo)

由這個試驗結(jié)果可以看出，隨著成型溫度的升高，空隙率、VMA都隨之減小，這是由于溫度升高，混合料的塑性增大的緣故;而隨著成型的溫度升高，毛體積密度、VFA、穩(wěn)定度也隨之增大，這是由于空隙率變小后造成的。根據(jù)目標(biāo)空隙率4.5，最后確定出的壓實溫度為155℃，與普通橡膠相比降低了25℃，很好的達到了降溫效果。

3.4 路用性能檢驗分析

溫拌橡膠瀝青混合料在155℃成型后進行了檢驗及橡膠瀝青SMA-13的路用性能檢驗，結(jié)果見表5。

表5 橡膠瀝青SMA路用性能檢驗結(jié)果

通過表5可以看出，溫拌橡膠瀝青SMA的動穩(wěn)定度不但大于規(guī)范所規(guī)定的大于3 000次/mm，而且還大于普通橡膠瀝青SMA的動穩(wěn)定度;溫拌橡膠瀝青的破壞應(yīng)變達到了3 745 με;雖然溫拌橡膠瀝青SMA的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比不及普通橡膠瀝青SMA，但也達到了規(guī)范的要求。綜上所述，溫拌橡膠瀝青混合料完全可以在降低溫度的情況下滿足實際需要。

4 結(jié)語

通過試驗以及分析，可以看出TOR作為外摻劑可以很好的改善橡膠瀝青的各項性能，給橡膠瀝青混合料的節(jié)能減排創(chuàng)造了先決條件。通過進行溫拌橡膠瀝青混合料的配合比設(shè)計，很好的達到了降低溫度的效果，由此可見溫拌橡膠瀝青未來的應(yīng)用前景非常廣泛。

［1］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］王旭東，李美江，路凱冀.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會，中國橡膠工業(yè)協(xié)會聯(lián)合調(diào)研組.關(guān)于廢舊橡膠綜合利用和環(huán)境保護情況的調(diào)研報告［R］.中國橡膠，2006.