橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的性能評價分析

何克揚 潘炳良 王偉

摘要：為提升橡膠瀝青混合料的性能，文章按表面膠漿及分散理論，設(shè)計一種橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料，并對該混合料的性能進行了評價。研究結(jié)果表明：濕法橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的拌和產(chǎn)能可實現(xiàn)200 t/h，其動穩(wěn)定度（60 ℃）≥4 000次/mm;橡膠瀝青RSMA路面的空隙率約為5%±1%，滲水系數(shù)≤100 ml/min，路面表面構(gòu)造深度約為0.9 mm，橡膠瀝青RSMA路面外美內(nèi)實。

關(guān)鍵詞：道路工程;橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料;動穩(wěn)定度;空隙率;滲水系數(shù);構(gòu)造深度

0 引言

橡膠瀝青最早見于1843年的英國專利，美國率先利用濕法工藝于20世紀(jì)60年代生產(chǎn)了橡膠瀝青混合料，20世紀(jì)90年代后，橡膠瀝青被越來越多的國家所接受并應(yīng)用。美國和南非是橡膠瀝青應(yīng)用最為普遍、技術(shù)最為成熟的兩個國家，如1991年美國多個州聯(lián)合頒布了《綜合地面運輸效率方案》，要求各州將廢棄橡膠輪胎應(yīng)用于瀝青路面，并規(guī)定了應(yīng)用比例，促進了對橡膠粉改性瀝青大規(guī)模的研究和試驗，目前美國橡膠瀝青路面總里程已超過了1.3萬km。葡萄牙、西班牙、澳大利亞、法國和南非等國家的橡膠瀝青技術(shù)也得到了迅速發(fā)展[1-4]。

橡膠瀝青瑪蹄脂碎石是一種新型的路用瀝青混合料，是由橡膠瀝青結(jié)合料、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充粗顆粒間斷級配骨架間隙的骨架密實型結(jié)構(gòu)[5]。木質(zhì)素纖維作為一種理想的加筋材料，可均勻地分散在瀝青混合料中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地增加集料表面的結(jié)構(gòu)瀝青油膜厚度，增加瀝青膠漿、瀝青砂漿的韌性，可有效地提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗裂性以及耐久性。

廣西高速公路第一次采用橡膠瀝青是在2007年壇百高速公路試驗段，第一次大規(guī)模采用橡膠瀝青是在2011年隆百高速公路復(fù)合式薄層橡膠瀝青路面，第一次在橡膠瀝青混合料中摻配顆粒狀木質(zhì)素纖維是在2014年南寧機場高速舊混凝土路面加鋪橡膠瀝青路面工程中。2016年在南寧機場第二高速廣西路橋段路面工程、南寧市民族大道維修整治工程采用了橡膠瀝青RSMA路面，2018年在賀州市政道路南環(huán)路（貨運通道、重載交通特征明顯）某紅綠燈路口鋪筑了橡膠瀝青RSMA路面試驗段。除民族大道橡膠瀝青RSMA路面局部位置有車轍、坑槽外，這些橡膠瀝青RSMA路面未出現(xiàn)早期損壞現(xiàn)象。

為確保廣西第一次在潮濕多雨山區(qū)新建某高速公路橡膠瀝青路面的品質(zhì)，本文根據(jù)濕法橡膠粉改性瀝青的形成機理和影響因素，以橡膠瀝青混合料性能為導(dǎo)向，考慮到橡膠粉改性瀝青的黏度特性，結(jié)合現(xiàn)有實體工程建設(shè)經(jīng)驗，提出合理摻量下濕法橡膠瀝青現(xiàn)場加工制備技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率，為橡膠瀝青RSMA路面的連續(xù)勻速攤鋪提供保證。根據(jù)橡膠瀝青混合料的膠漿及分散理論，提出一種均勻骨架密實型橡膠瀝青瑪蹄脂混合料組成設(shè)計，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，橡膠粉摻量按基質(zhì)瀝青質(zhì)量的15%來控制，橡膠粉改性瀝青的施工黏度約為1.8 Pa·s，并對橡膠瀝青瑪蹄脂混合料的性能進行評價。

1 原材料

本次設(shè)計采用30～80目橡膠粉、70#A級道路石油瀝青，膠粉外摻摻量為70#A級道路石油瀝青質(zhì)量的15%，對橡膠粉改性瀝青性能進行檢測。試驗結(jié)果如表1～2所示。

橡膠瀝青黏度大，既是優(yōu)點，也是缺點。傳統(tǒng)的橡膠瀝青采用攪拌的工藝加工，橡膠瀝青的膠粉外摻摻量約為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的20%。由于黏度大，拌和過程中橡膠瀝青計量時間長，橡膠瀝青混合料的拌和產(chǎn)能約為180 t/h。從表2可以看出，橡膠粉改性瀝青的黏度<3.0 Pa·s，有利于橡膠瀝青混合料的拌和生產(chǎn)，4 000型間歇式拌和機的橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的產(chǎn)能可達200～220 t/h，也為橡膠瀝青RSMA路面的連續(xù)攤鋪提供了保證。長期困擾工程技術(shù)人員的橡膠瀝青混合料拌和產(chǎn)能相對偏低的問題，得到合理解決。

本次設(shè)計所用粗集料為1#（10～15）mm、2#（5～10）mm的輝綠巖碎石，細集料為3#（0～3）mm的輝綠巖機制砂，填料為石灰?guī)r礦粉。各檔集料及填料的吸水率及密度試驗結(jié)果見表3，礦料篩分結(jié)果見表4，礦料的技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果如表5所示。

2 橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的性能評價

基于瀝青混合料抗剪強度特性，以橡膠瀝青膠漿、骨架密實特性為基準(zhǔn)，提出適用于抗變形的、耐久的橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料的設(shè)計參數(shù)。其中，橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的施工配合比為11～18 mm∶7～11 mm∶4～7 mm∶0～4 mm∶礦粉=37∶32∶9∶18∶4，油石比為6.5%，顆粒狀木質(zhì)素纖維的摻量為礦質(zhì)混合料的0.3%。

從拌和站取熱料進行篩分試驗，其試驗結(jié)果見表6。

從表4、表6、表7可以得出，RSMA-13中關(guān)鍵篩孔13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm所對應(yīng)的通過率分別為85.4%～92.3%、53.8%～61.0%、23.9%～32.2%、16.1%～23.4%，2.36 mm及以上的粗集料用量在76.6%～83.9%，這有利于提高橡膠瀝青混合料的抗變形能力。RSMA-13的0.075 mm的通過率為4.8%～6.5%，冷料經(jīng)過烘干除塵后，輝綠巖細集料0.075 mm的通過率由冷料的10.9%減少為熱料的5.5%，RSMA-13中<0.075 mm的部分主要由外摻配的礦粉提供，這也表明橡膠粉改性瀝青既是膠結(jié)料，也是填充料，橡膠粉改性瀝青粘附填料、細集料并裹附在粗集料上，可起到凝聚密實的作用;從表8可以看出，RSMA-13車轍試驗的變形量<2.5 mm，動穩(wěn)定度（60 ℃）≥5 000次/mm，RSMA-13具有較好的高溫穩(wěn)定性能。

在瀝青路面連續(xù)攤鋪碾壓過程中，礦料組成設(shè)計合理的瀝青混合料抗剪切能力強、承載力強，熱穩(wěn)定性好，采用高溫緊跟碾壓工藝，瀝青混合料無推移、軟彈、起漿、泛油，鋼輪初壓、復(fù)壓輪印深度淺，瀝青路面壓實度好、滲水系數(shù)小、平整度優(yōu)。為此，橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的抗變形能力也可從壓實度、滲水系數(shù)和平整度的檢測結(jié)果進行間接評價，見表9～11。

從表9～11可以得出，橡膠瀝青RSMA路面的殘留空隙率≤7%，滲水系數(shù)≤100 ml/min，連續(xù)式平整度儀測定平整度的標(biāo)準(zhǔn)差σ<0.6 mm，橡膠瀝青RSMA路面外美內(nèi)實。

橡膠瀝青RSMA-13路面的抗滑安全性能可從路面的構(gòu)造深度進行評價（見表12）。

從表12可以看出，橡膠瀝青RSMA路面的表面構(gòu)造系數(shù)>0.8 mm，表明其有良好的抗滑性能。

3 結(jié)語

（1）膠粉外摻摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的15%，橡膠粉改性瀝青的黏度合適，橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13的拌和產(chǎn)能≥200 t/h，這為解決傳統(tǒng)濕法橡膠瀝青混合料拌和產(chǎn)能相對較低的問題提供了一種可供參考的技術(shù)方案。

（2）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石混合料RSMA-13燃燒篩分結(jié)果中13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm篩孔所對應(yīng)的平均通過率分別為89%、58%、27%、20%、5.5%，濕法橡膠粉改性瀝青既是膠結(jié)料，也是填充料，這種組成設(shè)計的RSMA-13高溫穩(wěn)定性能良好，橡膠瀝青RSMA-13路面密實度好、平整舒適、抗滑安全。

參考文獻：

[1]王旭東.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.

[2]曹榮吉.橡膠瀝青及斷級配混合料的試驗研究[D].南京：東南大學(xué)，2009.

[3]張登良.瀝青路面工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]DB45/T 1098-2014，橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]呂偉民.橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2011.

作者簡介：何克揚（1978—），高級工程師，主要從事公路工程施工、管理工作;

潘炳良（1968—），工程師，主要從事公路工程施工、管理及公路養(yǎng)護工作;

王 偉（1994—），碩士研究生，研究方向：路基路面工程。