基于橡膠瀝青混合料路用性能與施工技術研究

阿卜杜熱西提·艾合麥提尼亞孜

摘要：為研究橡膠瀝青混合料路用性能，基于溫拌橡膠瀝青混合料配比理論基礎，通過采取馬歇爾實驗，對不同溫度下橡膠瀝青混合料存在的空隙情況進行實驗分析。將熱拌橡膠瀝青混合料的空隙率作為目標空隙率，在比較分析的基礎之上，確定橡膠瀝青混合料的最佳攪拌時間。從路用的性能來看，高溫性能得到了明顯的提升，水穩(wěn)定性較好，低溫狀態(tài)上沒有出現(xiàn)性能明顯衰減的問題，符合道路施工規(guī)范要求。

關鍵詞：溫拌橡膠；瀝青混合料；拌和；擊實溫度

0? ?引言

橡膠瀝青是先將廢舊輪胎原質加工成為橡膠粉粒，再按一定的粗細級配比例進行組合，同時添加多種高聚合物改性劑，并在充分拌合的高溫條件下，與基質瀝青充分熔脹反應后形成的一種路面材料。橡膠瀝青具有高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等性能，是較為理想的環(huán)保型路面材料，主要應用于道路結構中的應力吸收層和表面層中[1]。

橡膠瀝青混合料攪拌和配比過程中，由于需要進行高溫加熱，不可避免地會釋放出大量的有毒氣體，產(chǎn)生對環(huán)境的不良影響。同時高溫加熱也會使瀝青產(chǎn)生老化問題，影響了混合料的穩(wěn)定性。瀝青溫拌技術通過控制加熱溫度的方法，減少了橡膠加熱中所產(chǎn)生的有毒氣體，漸成為一種相對環(huán)保的路用材料[2-3]。

目前，國內的專家學者主要對溫拌橡膠瀝青路用性能進行了研究和論述，但對溫拌橡膠瀝青混合料空隙率與擊實溫度關系研究并不多見。本文基于溫拌橡膠瀝青混合料配比理論基礎，通過采取馬歇爾實驗，對不同溫度下橡膠瀝青混合料存在的空隙情況進行實驗。將熱拌橡膠瀝青混合料的空隙率作為目標空隙率，在比較分析基礎之上，確定橡膠瀝青混合料的最佳攪拌時間。

1? ?原材料及試驗方案

1.1? 原材料

采用殼牌70#瀝青作為基礎材料，橡膠粉原料分為粗、細兩種材料，運用了有機降粘型溫拌劑作為催化劑，相關與原材料性能指標如表1、表2所示。

1.2? 溫拌橡膠瀝青的制備

采用加熱方式，將瀝青狀態(tài)改變?yōu)榱黧w形態(tài)，并將其中融入足夠量的橡膠粉，在1h攪拌以后即可制成橡膠瀝青。整個加熱的過程中溫度控制在190℃，攪拌的速率控制為480r/min，混合料的配比為基質瀝青：橡膠粉：溫拌劑＝100：20：3。

1.3? 試驗方案

確定溫拌橡膠瀝青混合料各材料配比以后，通過馬歇爾試驗操作，對不同溫度狀態(tài)下路面的空隙率進行計算，將最佳油石比條件得到的空隙率，作為試驗操作的目標空隙率。明確試驗操作下，溫拌橡膠瀝青混合料最佳攪拌時間和溫度，并且在上述條件下，進行車轍動穩(wěn)定度檢驗、路面彎曲度檢驗以及路用性能檢查等操作。

2? ?溫拌橡膠瀝青混合料配合比設計

結合項目施工的相關經(jīng)驗，最終確定運用SMA-13作為熱拌橡膠瀝青混合料的級配類型。SMA-13礦料級配曲線如圖1所示。

結合其他同類項目施工的經(jīng)驗和成果，分別采用5.8%、6.3%、7.3%和7.6%作為橡膠瀝青混合料的試件，并按照《公路工程瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTGF40-2004）文件的要求，對拌和溫度和擊實溫度進行控制。將拌和的溫度控制在185℃，擊實的溫度盡量控制在175℃。馬歇爾試驗數(shù)據(jù)如表3結果所示。

以目標空隙率5.0作為項目施工的參照，此時最佳的瀝青用量值為6.0%。試驗操作結果說明，在混合料中融入溫拌劑，不會明顯改變?yōu)r青的使用量。溫拌橡膠瀝青混合料的級配和拌和中瀝青的加入量，都和熱拌橡膠瀝青混合料基本相似。為了能夠更好的探索溫拌橡膠瀝青混合料路用性能與溫度的關系，在此次試驗操作過程中采取了相同的設計參數(shù)。

3? ?溫拌橡膠瀝青混合料空隙率與擊實溫度關系

黏溫曲線是對熱拌瀝青混合料成型情況經(jīng)常運用到的測定方法，但是此方法卻不適用于橡膠瀝青的測定。這是因為橡膠瀝青的黏性非常強，會使成型溫度與實際溫度值兩者之間存在較大誤差。

為了能夠科學有效的對溫拌橡膠瀝青拌和擊實的溫度進行測量，本文基于不同的擊實際溫度，對溫拌橡膠瀝青的空隙率變化情況進行測量。實驗時，將熱拌瀝青混合料空隙率最佳時刻溫度，作為溫拌瀝青混合料的擊實溫度。溫拌橡膠瀝青混合料空隙率-擊實溫度曲線如圖2所示。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的提高，瀝青混合料的空隙率逐漸降低。這是因為隨著溫度的提高，溫拌橡膠瀝青的粘性得到有效降低，使得瀝青呈現(xiàn)出顆粒狀的形態(tài)，起到了較好的潤滑效果，能夠讓瀝青混合料在擊實中得到充分擠壓，對于降低空隙率起到了一定促進作用。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，若擊實溫度未達到規(guī)范要求，將造成瀝青無法充分壓緊，導致瀝青與路面無法充分密接，從而出現(xiàn)空隙超標問題。瀝青混合料的溫度過高，也會造成瀝青的流動性增強，導致無法進行充分壓實。為此確定最佳的擊實溫度至關重要。

按照擊實與空隙率公式計算，得到其相關系數(shù)為0.98。通過公式帶入目標空隙率，得到擊實溫度為146℃。試驗表明，當溫拌溫度提高10℃時即156℃時，溫拌橡膠瀝青混合料的擊實溫度，較熱拌熱拌橡膠瀝青混合料降低約29℃。

4? ?溫拌橡膠瀝青混合料路用性能研究

4.1? 高溫、低溫性能

對兩種混合料開展車轍動穩(wěn)定和低溫彎曲的試驗，得到60℃下測定混合料的穩(wěn)定度為-10℃，高溫和低溫狀態(tài)下瀝青混合料的使用性能如表4、表5所示。

從表5所示，兩種瀝青混合料的穩(wěn)定度值和彎曲試驗結果，都和預期的設計規(guī)范相互匹配。試驗中，拌橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度，較之傳統(tǒng)的熱拌橡膠瀝青混合料強度增加了30%，彎曲的勁度模量降低了5%。

上述試驗數(shù)據(jù)證明，采取溫拌橡膠瀝青混合料在高溫情況下其強度更好，然而在低溫情況下，瀝青也會產(chǎn)生開裂問題。分析認為，運用有機蠟在提升其抗高溫性能的同時，在低溫時發(fā)生了結晶析出問題，致使瀝青的硬度增大，變得更加易碎。由于集料和瀝青粘結不充分，導致瀝青混合料低溫性能不穩(wěn)定。

4.2? 水穩(wěn)定性

對兩種混合料開展凍融劈裂和馬歇爾操作實驗，實驗中，以25℃和50mm/min加載速率下的穩(wěn)定度作為評價指標，實驗結果情況如表6、表7所示。

從上述表6、表7實驗數(shù)據(jù)來看，上述兩種瀝青混合料的穩(wěn)定值均符合施工的規(guī)范要求，說明以上兩種瀝青混合料類型都符合設計規(guī)范。從具體開展試驗中得到的數(shù)據(jù)值來看，溫拌橡膠瀝青混合料的穩(wěn)定性，要比熱拌橡膠混凝土的強度差。

5? ?結束語

為研究橡膠瀝青混合料路用性能，基于溫拌橡膠瀝青混合料配比理論基礎，通過采取馬歇爾實驗，對不同溫度下橡膠瀝青混合料存在的空隙情況進行實驗分析。將熱拌橡膠瀝青混合料的空隙率作為目標空隙率，在比較分析的基礎之上，確定橡膠瀝青混合料的最佳攪拌時間。最終研究結果表明：

溫拌橡膠瀝青混合料的擊實溫度為146℃，拌和溫度為156℃，采用溫拌可以有效降低擊實和拌和溫度，溫度下降約為29℃。

與熱拌橡膠瀝青混合進行實驗數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn)，在瀝青混合料成型以后，運用溫拌橡膠瀝青混凝土的穩(wěn)定性能更好，說明其具有更好的抗高溫優(yōu)勢，水穩(wěn)定性也較好。但是因為融入的有機蠟發(fā)生結晶現(xiàn)象，導致瀝青混合料的硬度變大，變得更加脆弱，容易產(chǎn)生裂縫問題，抵抗低溫能力降低。

溫拌橡膠瀝青混合料在保證路用性能基礎之上，可有效降低瀝青混合料的溫度，減輕了有毒氣體的排放量，對于積極促進廢舊輪胎的回收再次利用，有效降低碳排放量，具有積極的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 李建鑫.溫拌橡膠瀝青混合料路用性能及應用研究[J].合成材料老化與應用，2019，48（4）：67-72.

[2] 代璐，崔欣.溫拌橡膠瀝青混合料的節(jié)能減排[J].路機械與施工機械化，2018，35（4）：68-71.

[3] 韓燁.基于有機降粘型添加劑的溫拌橡膠瀝青混合料設計與性能研究[Ｄ].濟南：山東建筑大學，2017.

[4] 王鐵慶.橡膠瀝青評價指標和溫拌橡膠瀝青SMA混合料技術研究[Ｄ].西安：長安大學，2017.

[5] 王志祥，霍洋洋，黨合歡.溫拌橡膠瀝青混合料拌和和壓實溫度研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2015，39（3）：647-651.