橡膠瀝青混凝土在市政道路瀝青路面修復工程中的性能分析

馬前進

摘 要：針對普通瀝青在高溫條件下易出現軟化、低溫開裂等病害現象，研究提出一種橡膠瀝青混凝土性能分析方案。為驗證該材料的基本性能，采用3因素3水平正交試驗，其最佳配比為80目膠粉摻量為25%。利用配合比設計完成該材料的性能分析，分析結果顯示，AR-AC-13更加符合市政道路瀝青路面的修復工作。

關鍵詞：橡膠瀝青;混凝土;道路修復;性能分析

中圖分類號：U414?????? 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0184-04

Performance analysis of rubberized asphalt concrete in municipal road asphalt pavement repair project

MA Qianjin

（Zhengzhou Design Institute of China Railway Engineering Design Consulting Group Co.，Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract：In view of the phenomena that ordinary asphalt has such as softening or cracking under extreme temperature conditions，this study proposed a rubber asphalt concrete performance analysis scheme.In order to verify the basic properties of the material，the optimum ratio of the material，selected by three-factor and three-level orthogonal test，turned out to be 25% for 80 mesh powder.The performance analysis of the material was completed by using the mix ratio design.The analysis resulted showed that AR-AC-13 was more suitable for the repair work of municipal road asphalt surface.When the material was used in the construction of municipal roads，the asphalt pavement of municipal roads had good cracking resistance.The rubber powder contained in it had good adsorption performance for base asphalt，which could prolong the service life of municipal roads to the maximum extent.

Key words：rubber asphalt;Concrete;Road repair;Performance analysis

瀝青路面憑借自身行駛舒適以及噪聲小等優(yōu)勢，被廣泛應用于市政道路的建設中。但是瀝青路面屬于一種感溫材料，在高溫條件下易出現軟化、低溫開裂等病害現象，不利于瀝青路面使用壽命以及通車能力的延長。而橡膠瀝青屬于一種復合材料，主要由膠粉與基質瀝青進行相互作用融合形成，該材料的彈性恢復力明顯優(yōu)于普通瀝青。將該材料應用于市政道路的建設中，可使市政道路的瀝青路面具有良好的抗開裂能力，其內部含有的膠粉對于基質瀝青的吸附性能較好，可最大限度的延長市政道路的使用壽命。本研究采用3因素3水平正交試驗，選出該材料的最佳配比，對于市政道路的修復工作具有重要意義。

1 橡膠瀝青混凝土性能的影響因素分析

通過對橡膠瀝青的作用機理進行分析可知，橡膠瀝青屬于一種復合材料，主要由膠粉與基質瀝青進行相互作用融合下形成。采用對比分析的方式將橡膠瀝青與普通瀝青進行比較，其對比結果顯示：橡膠瀝青的彈性恢復力明顯優(yōu)于普通瀝青。將該材料應用于市政道路的建設中，可使市政道路的瀝青路面具有良好的抗開裂能力。橡膠瀝青混凝土憑借自身良好的吸附性，對于瀝青路面的抗老化能力具有一定提升作用，可最大限度地延長市政道路的使用壽命。橡膠瀝青路面抗老化能力較強的主要原因為：橡膠瀝青中含有特殊膠粉，該膠粉對于基質瀝青的吸附性能較好，即可對橡膠瀝青混凝土進行拌制時采用較高的油量，橡膠瀝青路面也不會出現泛油現象[1]。

由于膠粉及瀝青在反應機理方面存在較高的復雜性，對于橡膠瀝青性能的影響較大。本研究將影響橡膠瀝青混凝土性能的因素劃分為材料因素和加工工藝兩個類別，其中材料因素主要包括膠粉質量、細度、摻量等;加工因素主要包括攪拌方式、反應時間等。由于橡膠瀝青在室內和工廠進行制備的差異性較大，為此本研究主要對材料因素對橡膠瀝青的性能影響進行研究，并根據材料因素中類別安排3因素3水平正交試驗，通過該方式確定影響橡膠瀝青性能的各項指標，并選出最佳配比[2]。

1.1 橡膠瀝青混凝土材料的選擇

對橡膠瀝青混凝土的材料進行選擇時，主要采用斜交胎粉作為橡膠瀝青混凝土材料的核心膠粉，該膠粉細度控制在40、60和80目兩種類型。對基質瀝青進行選擇時，應結合針入度（25 ℃，100 g，5 s）0.1 mm、軟化點和延度等指標進行綜合考慮，選用東海、中海和韓國SK70的3種70號以上的石油瀝青作為實驗原材料。3個種類瀝青的指標實測值分別為：東海70號（68、48、大于100）、中海70號（70、47、大于100）和韓國SK70（68、48、大于100）[3]。

1.2 橡膠瀝青混凝土的制備

該材料的制備流程：首先利用油浴的方式將基質瀝青加熱至185 ℃，利用高速電子攪拌器完成基質瀝青的攪拌，攪拌之前應將攪拌速率調整至700 r/min，在攪拌過程中加入膠粉，直至二者反應時間持續(xù)45 min后，將反應溫度保持在（185±2）℃。

1.3 橡膠瀝青混凝土正交試驗設計

本研究對橡膠瀝青混凝土進行正交試驗時，主要采取3因素3水平的方式完成實驗。為確定實驗的主次要因素，采用數學的方法對觀測數據進行處理，各因素對應觀測指標的平均值差距越大，則表明該因素對指標作用的靈敏度越高，靈敏度最高的因素為影響橡膠瀝青混凝土的主要因素。對各項數據進行觀測時，應遵從正態(tài)分布，并用F檢驗對影響橡膠瀝青性能的各因素進行判斷。為保證結果的可信性，對檢測數據進行方差分析以及顯著性檢驗。影響因素確定完畢后，應完成橡膠瀝青混凝土的最優(yōu)配比，橡膠瀝青混凝土軟化點實驗數據方差分析如表1所示[4]。

通過將軟化點作為主要觀測指標，對影響橡膠瀝青性能的各因素進行分析可知，不同因素對橡膠瀝青性能的影響程度各不相同，影響極值的因素從大到小依次排列分別為：B、A、E、C。由于瀝青種類的極值小于誤差，可認為只要符合要求的70號瀝青均可作為生產橡膠瀝青的基質瀝青。根據表1可知，影響變差平方和的因素從大到小依次排列分別為：B、A、E、C，這與極值的結論一致。最終通過計算可知，橡膠瀝青的最佳生成條件為：采用60目膠粉摻量為25%，瀝青種類只要符合要求的70號瀝青均可作為生產橡膠瀝青的基質瀝青。通過該數據可認為膠粉對于瀝青軟化點具有提高作用;但在60目附近出現極值，與傳統觀點出現差異性。

橡膠瀝青彈性恢復實驗數據方差分析結果如表2所示[5]。通過將彈性恢復作為主要觀測指標，對影響橡膠瀝青性能的各因素進行分析可知，影響變差平方和從大到小依次排列分別為：B、A、C、E，與極值的結論一致。最終通過計算可知，橡膠瀝青的最佳生成條件為：采用80目膠粉摻量為25%，瀝青種類只要符合要求的70號瀝青均可作為生產橡膠瀝青的基質瀝青。通過該數據可認為彈性恢復對于瀝青的變形恢復能力具有提高作用，可提高瀝青路面的抗裂能力以及抗沖擊能力[6]。

通過將低溫延度作為主要觀測指標，對影響橡膠瀝青性能的各因素進行分析可知，影響變差平方和的因素從大到小依次排列分別為：B、A、C、E，與極值的結論一致。最終通過計算可知，橡膠瀝青的最佳生成條件為：采用80目膠粉摻量為25%，瀝青種類選擇SK牌70號瀝青。由于膠粉的摻量在20%以下時，可使橡膠瀝青的低溫延度無法滿足標準條件，在實際使用過程中應將膠粉摻量大于20%。

橡膠瀝青180℃粘度實驗數據方差分析如表3所示。

180 ℃粘度是衡量瀝青質量的重要指標，但是最優(yōu)生產條件與其他觀測指標完全相反;若粘度過大可造成橡膠瀝過于粘稠，不利于橡膠瀝青完成改性。通過將180 ℃粘度作為主要觀測指標，對影響橡膠瀝青性能的各因素進行分析可知，影響極值的因素從大到小依次排列分別為：B、A、C、E。對表3中數據進行分析可知，瀝青種類與誤差的極值相等，由此可表明瀝青種類對180 ℃粘度的影響可忽略不計。由于膠粉的摻量在20%以下時，可使橡膠瀝青的180 ℃粘度無法滿足標準條件，在實際使用過程中應將膠粉摻量大于20%[7]。

綜上所述，膠粉摻量對于橡膠瀝青各觀測指標的影響較大，隨著膠粉摻量的不斷增加，有利于提升橡膠瀝青的基本性能，并且其摻量在25%時，各項觀測指標均滿足標準規(guī)范，為此本研究最終選用80目膠粉。由于瀝青種類對橡膠瀝青性能的影響可忽略不計，為此不需要對瀝青種類進行最優(yōu)選擇。

2 橡膠瀝青混凝土配合比設計

2.1 橡膠瀝青材料使用情況

結合上述最優(yōu)比例完成橡膠瀝青的制備，成品的橡膠瀝青180 ℃粘度、軟化點、5 ℃延度以及彈性恢復的要求值分別為：2.0～4.0、大于58、大于100、大于55;成品的橡膠瀝青180 ℃粘度、軟化點、5 ℃延度以及彈性恢復的實測值分別為：3.7、65.2、105和64。

2.2 粗細集料使用情況

本研究對粗集料進行選擇時，主要采用碎石以及酸性巖;對細集料進行選擇時，主要采用石灰?guī)r。其主要原因為：碎石、酸性巖以及石灰?guī)r均滿足標準規(guī)范，有利于提升橡膠瀝青混凝土的性能。

2.3 填料使用情況

為保證橡膠瀝青混凝土的水溫性，本研究選用水泥代替?zhèn)鹘y礦粉進行橡膠瀝青混凝土的制備。

2.4 橡膠瀝青混凝土配合比設計情況

本研究選擇AR-AC-13和澳大利亞14型礦料級配，利用馬歇爾試驗完成橡膠瀝青混凝土的配比。為保證橡膠瀝青混凝土的性能穩(wěn)定性，采用對比分析的方式，完成兩種礦料級配與普通瀝青SMA-13的對比測試，橡膠瀝青混凝土配合比設計情況如表4所示[8]。

3 橡膠瀝青混凝土在市政道路瀝青路面修復工程中的性能分析

3.1 橡膠瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性

本研究對橡膠瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性進行檢驗時，主要在經過短期老化后且成型的混合料的基礎上，采用車轍試件完成性能檢驗，將碾壓次數定為36次，SMA瀝青可按照常規(guī)方法完成碾壓直至成型。AR-AC-13、澳大利亞14型、SMA-13的動穩(wěn)定度依次分別為：4 115、3 843和1 954 次/mm。通過該數據可知，AR-AC-13更加符合市政道路瀝青路面的修復工作。

3.2 橡膠瀝青混凝土水穩(wěn)定性

本研究對橡膠瀝青混凝土的水穩(wěn)定性進行檢驗時，主要采用馬歇爾試驗方法，并將殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂試驗的殘留強度以及浸水車轍試驗作為主要觀測指標。3種瀝青的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度的數值依次分別為83%、86%和77%;凍融劈裂試驗的殘留強度依次分別為89%、91%和79%;浸水動穩(wěn)定度依次分別為：2 142、2 166和677次/mm;動穩(wěn)定度依次分別為：4 115、3 843和1 954次/mm;相比浸水后的動穩(wěn)定度的下降依次分別為47.9%、43.6%和65.4%。通過該數據可知，AR-AC-13更加符合市政道路瀝青路面的修復工作。

4 結語

本研究為實現市政道路瀝青路面的修復工作，采用對比分析的方式將橡膠瀝青與普通瀝青進行比較，其對比結果顯示：橡膠瀝青的彈性恢復力明顯優(yōu)于普通瀝青。采用3因素3水平正交試驗確定影響橡膠瀝青性能的各項指標，并選出最佳配比最佳配比為80目膠粉摻量為25%，利用配合比設計完成該材料的性能分析結果顯示，AR-AC-13更加符合市政道路瀝青路面的修復工作。橡膠瀝青混凝土憑借自身良好的吸附性，對于瀝青路面的抗老化能力具有一定提升作用，可最大限度地延長市政道路的使用壽命。將該材料應用于市政道路的建設中，可使市政道路的瀝青路面具有良好的抗開裂能力。

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