一種新型橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料性能研究

楊現茂

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都 610041）

1 概述

1.1 研究背景

橡膠瀝青最早可追溯到1843年的英國專利，現代橡膠瀝青的研究和使用，始于二十世紀六七十年代的西方國家，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，美國、德國等汽車工業(yè)發(fā)達國家積累了大量的汽車廢舊輪胎，如何處理這些廢舊輪胎促進了橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的應用研究。進入二十一世紀，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，橡膠瀝青技術及成套設備先后引入中國，并在一些公路工程項目上得到應用，近年隨著材料科學、生產制造設備的不斷進步，出現了一些新型的橡膠瀝青產品，因其性能基本不隨儲存時間衰減，使得該類型橡膠瀝青及瀝青混合料使用的空間、時間局限性大大降低。

1.2 橡膠瀝青作用機理

大多數學者認為，傳統橡膠瀝青膠粉顆粒與基質瀝青拌合后，在高溫條件下吸收基質瀝青中的輕質組分而發(fā)生熔脹，一方面改變基質瀝青組分，另一方面橡膠粉顆粒表面形成粘稠的凝膠膜并相互連接，進而形成一個高粘度連續(xù)相的體系，其物理、力學性質的顯著變化主要以膠粉和基質瀝青機械混合作用和物理熔脹作用為主。傳統橡膠瀝青中膠粉以顆粒狀分散存在于基質瀝青中，其性能隨高溫儲存時間逐漸衰減，一般需要現場加工，加工好的橡膠瀝青必須及時使用。

與傳統橡膠瀝青不同，新型橡膠瀝青是將廢舊輪胎膠粉和專用的外摻劑經膠體磨多次研磨及深度加工處理，使其以極細小的顆粒狀態(tài)與基質瀝青混合，在高溫條件下經充分熔脹，最終不再以單獨的顆粒料形態(tài)存在于基質瀝青中，而是幾乎以分子鏈條的形式成為瀝青組分的一部分，因此其物理、力學性能非常穩(wěn)定，基本不隨儲存時間衰減，可以采用工廠化生產，使用空間和時間大大拓展。

表1 橡膠改性瀝青試驗結果表

2 混合料配合比設計

2.1 主要原材料

1）采用成品橡膠改性瀝青，技術指標檢測結果見表1。

為檢驗新型橡膠瀝青在高溫存儲環(huán)境下的穩(wěn)定性，分別對瀝青儲罐（帶攪拌設備）中存放0天、7天、28天的瀝青試樣進行試驗，其各項技術指標的檢測結果大致相當，并沒有隨高溫存儲時間的變化而變化，說明新型橡膠瀝青本身具有非常良好的穩(wěn)定性能。

2）粗集料采用玄武巖軋制碎石，技術指標見表2。

表2 粗集料試驗結果表

3）細集料采用石灰?guī)r專門加工的機制砂，其技術指標檢測結果詳見表3。

表3 細集料試驗結果表

4）填料采用石灰?guī)r礦粉，纖維采用絮狀木質素纖維。

2.2 礦料級配

采用體積法進行SMA-13配合比設計，級配見表4。

2.3 瀝青混合料試驗結果

最佳油石比及混合料試驗結果詳見表5。

新型橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料試驗結果與傳統SBS改性瀝青混合料試驗結果大致相當，但瀝青用量較SBS改性瀝青混合料略有增加，這或與橡膠瀝青粘度高相關，也可能與混合料級配、礦粉及木質素纖維摻量有關。

3 混合料性能驗證

3.1 抗水損害性能

表4 選用的設計礦料級配

表5 SMA-13瀝青混合料試驗結果

為評價橡膠改性瀝青混合料的抗水損害性能，進行了浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，試驗結果詳見表6。

從浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結果看，其殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比均滿足現行規(guī)范的相關要求，表明混合料具有良好的抗水損害性能。

3.2 高溫穩(wěn)定性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，進行了車轍試驗，試驗結果詳見表7。

表6 SMA-13浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗結果

表7 SMA-13車轍試驗結果

從車轍試驗結果看，其60℃動穩(wěn)定度檢測結果遠遠超過現行規(guī)范的要求，表明混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

3.3 抗疲勞性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的抗疲勞性能，制作380mm×63.5mm×50mm小梁試件，測定了其在15℃、600με條件下的疲勞破壞作用次數，試驗結果詳見表8。

表8 疲勞破壞試驗結果

普通瀝青混合料的疲勞破壞荷載作用次數一般小于10000次，SBS改性瀝青混合料的疲勞破壞荷載作用次數一般在10000～20000 次之間，本次橡膠改性瀝青SMA-13 的疲勞破壞荷載作用次數試驗結果遠遠超過上述普通瀝青、SBS改性瀝青混合料，表明其具有非常優(yōu)越的抗疲勞破壞性能，用于路面結構將大大延長瀝青路面使用壽命。

3.4 低溫抗裂性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，制作380mm×63.5mm×50mm小梁試件，測定其在-10℃、加載速率50mm/min條件下的低溫彎曲破壞應變，結果見表9。

表9 低溫彎曲試驗結果

從低溫彎曲試驗結果看，其破壞應變檢測結果遠遠超過現行規(guī)范的要求，表明混合料具有良好的低溫抗裂性能，但檢測結果的變異系數較大，可能與橡膠瀝青中仍然存在一定數量的膠粉顆粒有關。

4 主要結論

1）橡膠瀝青本身的針入度、軟化點、低溫延度、彈性恢復等常規(guī)技術指標的測試結果均滿足現行規(guī)范的要求；路用性能分級測試結果為PG76-28，優(yōu)于普通瀝青及大多數SBS改性瀝青。

2）與傳統橡膠瀝青不同，新型橡膠瀝青物理、力學性能幾乎不隨儲存時間增加而改變，這就擺脫了傳統橡膠瀝青需要現場加工、及時使用的束縛，其可使用空間大大增加。

3）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比均滿足現行規(guī)范要求。

4）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的60°C車轍動穩(wěn)定度檢測結果遠遠超過現行規(guī)范的相關要求，表明其具有非常良好的高溫抗車轍性能。

5）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的疲勞破壞荷載作用次數遠遠超過普通瀝青或SBS改性瀝青混合料，表明其具有非常優(yōu)越的抗疲勞破壞性能，可大大延長路面使用壽命，在項目全壽命周期成本分析中具有明顯優(yōu)勢。