橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性影響因素試驗分析探究

摘要 為研究橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性的影響因素，文章通過車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗和凍融劈裂試驗，分析了橡膠粉細度、摻量、集料級配及油石比對橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性的影響。研究結果表明，較細的橡膠粉有助于改善混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性，推薦使用60目橡膠粉，摻量為24%，油石比在9.2%～9.5%之間，并采用較細的混合料級配。研究成果可為橡膠改性瀝青混合料在實際工程中的應用提供科學依據(jù)，以進一步推動橡膠改性瀝青混合料在道路建設中的廣泛應用。

關鍵詞 橡膠改性瀝青；高溫性能；低溫性能；水穩(wěn)定性

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0051-03

0 引言

橡膠改性瀝青混合料作為一種環(huán)保型道路材料，通過將廢舊輪胎制成的橡膠粉摻入瀝青中制備而成，在實際應用中表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，不僅能夠有效降低瀝青路面的全壽命周期成本，還具有顯著的降噪功能，提高路面的耐久性和承載重交通的能力[1]。自20世紀40年代起，德國、英國、美國等國家便開始對橡膠改性瀝青混合料進行持續(xù)研究，研究成果表明其在高溫、低溫性能和抗疲勞性能方面具有明顯優(yōu)勢，并逐步在路面面層和應力吸收層中推廣應用[2]。

研究發(fā)現(xiàn)，橡膠改性瀝青混合料的穩(wěn)定性受到多種因素影響，包括橡膠粉細度、摻量、集料級配和油石比等。為此，該文通過采用車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗和凍融劈裂試驗，分析橡膠粉細度、摻量、集料級配及油石比對混合料高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性的影響?；谶@些研究，為橡膠改性瀝青混合料在實際工程中的應用提供科學依據(jù)，以推動其在道路建設中的廣泛使用，進一步提升道路的使用壽命和行車安全性。

1 橡膠改性瀝青混合料性能影響因素

橡膠瀝青混合料（Rubber Asphalt Mixture）是一種通過將廢舊輪胎橡膠粉摻入瀝青中制成的環(huán)保型道路材料，其性能受多種因素影響，包括原材料特性、混合料設計、施工工藝和環(huán)境條件等，以下是對這些因素的詳細分析[3]：

1.1 原材料特性

（1）橡膠粉特性

橡膠粉的顆粒大小直接影響其與瀝青的混合均勻性和相容性，較細的橡膠粉可以更好地分散在瀝青中，從而改善混合料的性能。此外，橡膠粉的摻量對混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性有顯著影響，研究發(fā)現(xiàn)，一般摻量為10%～20%，但需要根據(jù)具體工程要求進行調(diào)整。

（2）瀝青性質(zhì)

不同種類的瀝青與橡膠粉的相容性不同，從而影響混合料的性能。同時，瀝青本身的針入度、軟化點和延度等指標也決定了橡膠改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐久性。

（3）集料特性

集料的級配對混合料的密實度和結構穩(wěn)定性有直接影響，良好的級配可以提高混合料的強度和耐久性。同時，集料的形狀、表面粗糙度和吸水率等特性也會影響混合料的性能。

1.2 混合料設計

（1）配合比設計

合理的瀝青用量是保證混合料性能的關鍵，過多或過少的瀝青都會導致混合料性能的下降。同時，應根據(jù)具體工程要求和試驗結果調(diào)整橡膠粉的摻量，以達到最佳的綜合性能。

（2）混合料類型

不同類型的橡膠瀝青混合料（如密級配、半開級配、開級配等）在性能上存在差異，選擇合適的混合料類型是保證性能的前提。

1.3 施工工藝

（1）改性瀝青制備工藝

為確保橡膠粉與瀝青的充分混合，需要具備較高的混合溫度，一般在160～180℃之間，防止溫度過低可能導致混合不均勻或溫度過高造成瀝青老化，建議混合時間比普通瀝青混合料稍長，以保證橡膠粉在瀝青中的均勻分布。

（2）攤鋪工藝

根據(jù)設計要求選擇適當?shù)暮穸龋備仠囟瓤刂圃?40～160℃，確保混合料具有良好的工作性和密實度，避免溫度過低導致攤鋪困難和密實度不足。

（3）碾壓工藝

碾壓溫度通常在100～140℃之間，根據(jù)試鋪段確定初壓、復壓和終壓的碾壓工藝，確保路面的壓實度和均勻性。

1.4 環(huán)境條件

（1）氣候條件

施工過程中的溫度和濕度對橡膠改性瀝青混合料的性能和施工質(zhì)量有顯著影響，例如高溫條件下，瀝青的流動性增加，有助于改性瀝青的制備和攤鋪施工，但也可能導致高溫穩(wěn)定性下降。低溫條件下，瀝青變得黏稠，導致施工困難和低溫開裂。此外，施工應避開雨天和高濕度條件，防止水分影響混合料的密實度和強度。

（2）交通荷載

施工完成后，路面的交通流量和荷載會影響混合料的耐久性，高交通流量和重荷載會加速混合料的疲勞損傷和車轍形成，降低路面的使用壽命。

綜上所述，橡膠改性瀝青混合料的性能受原材料、混合料設計及施工、環(huán)境等多方面因素的影響，為此，該文通過室內(nèi)試驗分析橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性的影響因素，從而為施工和運營提供數(shù)據(jù)支撐。

2 原材料和試驗方案設計

2.1 原材料

（1）瀝青

試驗采用70#基質(zhì)瀝青，根據(jù)規(guī)范要求對其各項技術指標進行檢測，試驗結果滿足要求。

（2）橡膠粉

選用某公司生產(chǎn)的30～80目的橡膠粉，其各項技術指標檢測結果均滿足技術要求。

（3）集料

試驗選用廣西百色的輝綠巖粗細集料，其各項技術指標檢測結果均滿足規(guī)范要求。

（4）填料

采用石灰?guī)r磨細得到的礦粉作為填料，其各項基本性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）相關要求。

（5）纖維

選用捷克S-Cel7G顆粒木質(zhì)纖維。

2.2 試驗方案設計

該文主要分析橡膠粉細度、摻量、級配和油石比對橡膠改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性方面的影響。其中，橡膠粉細度分別為30目、40目、60目、80目，摻量分別為0%、20%、22%、24%、26%，級配類型為四種，油石比分別為7.7%、8.0%、8.5%、9.2%、9.5%。

2.3 試驗方法

為了更全面地分析橡膠改性瀝青混合料的性能，該文采用一系列標準的試驗方法，包括高溫穩(wěn)定性試驗、低溫抗裂性試驗、水穩(wěn)定性試驗。通過這些試驗，全面了解橡膠改性瀝青混合料在不同環(huán)境條件下的性能表現(xiàn)。

（1）高溫穩(wěn)定性試驗

高溫穩(wěn)定性試驗主要通過車轍試驗儀進行，將制備好的橡膠改性瀝青混合料試樣放入車轍試驗儀中，在60℃的高溫條件下進行壓實，模擬實際道路的高溫環(huán)境。在試驗過程中，通過反復加載測量試樣的車轍深度，以評估其高溫條件下的穩(wěn)定性和抗變形能力。

（2）低溫抗裂性試驗

將制備好的橡膠改性瀝青混合料車轍板試件切割成250 mm×30 mm×35 mm的棱柱體小梁試件，并將試件放入-10℃的低溫冷凍箱中保持45 min以上，然后將試件移至彎曲試驗儀上，通過施加逐漸增大的彎曲應力，測量其斷裂時的應力和應變，評估橡膠改性瀝青混合料在低溫條件下的抗裂性能。

（3）水穩(wěn)定性試驗

將制備好的橡膠改性瀝青混合料馬歇爾試件分成兩組，一組在常溫干燥環(huán)境中養(yǎng)護，另一組在水中浸泡48 h，分別測試兩組試件的劈裂強度，通過計算劈裂強度比評估橡膠改性瀝青混合料的抗水損害能力和水穩(wěn)定性。

3 瀝青混合料穩(wěn)定性影響因素分析

3.1 橡膠粉細度

為了研究橡膠粉細度對瀝青混合料穩(wěn)定性的影響，按照其中一種級配制備瀝青混合料試件，分別進行混合料高溫、低溫和水穩(wěn)定性試驗，試驗結果如表1所示：

分析可知，隨著橡膠粉細度的增加，混合料的動穩(wěn)定度、彎拉應變和凍融劈裂強度比TSR也隨之增大，表明較細的橡膠粉能夠顯著提高混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫條件下的柔性和抗裂性及水穩(wěn)定性，這主要是因為橡膠粉越細，瀝青的黏度和黏聚力越高，使得混合料的抗變形能力和凍融循環(huán)下的抗劈裂能力越強[4]。

3.2 橡膠粉摻量

為分析橡膠粉摻量對瀝青混合料穩(wěn)定性的影響，基于其中一種級配，選取60目的橡膠粉，對0%、20%、22%、24%、26%摻量的橡膠粉進行混合料的高溫、低溫和水穩(wěn)定性試驗，試驗結果如表2所示：

分析可知，隨著橡膠粉摻量的增加，瀝青混合料動穩(wěn)定度、彎拉應變和凍融劈裂強度比逐漸增大，并趨于穩(wěn)定。其中，動穩(wěn)定度從1 716次/cm上升到6 815次/cm，達到了峰值，當摻量增加至26%后，動穩(wěn)定度下降至6 747次/cm，但仍保持在較高水平，表明適量的橡膠粉能顯著提高混合料的高溫穩(wěn)定性，但摻量過多可能會導致效果減弱；彎拉應變從橡膠粉摻量0%的2 061 με增加到24%的3 961 με，說明橡膠粉對混合料低溫抗裂性能具有顯著的提升效果，但是當摻量增加至26%后，彎拉應變下降至3 762 με，說明橡膠粉在一定范圍內(nèi)可以顯著提高混合料的低溫性能；凍融劈裂強度比（TSR）從橡膠粉摻量0%的64.5%增加到26%的87.4%，在24%和26%摻量時效果較為穩(wěn)定，說明橡膠粉的摻入對改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性效果顯著。

綜上所述，橡膠粉摻量對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性均有顯著提升，綜合各項性能，建議將橡膠粉的摻量控制在24%。

3.3 級配

為分析級配對瀝青混合料穩(wěn)定性的影響，采用60目的橡膠粉，摻量為24%，級配選取1#、2#、3#、4#（由粗到細）四種，分別進行混合料的高溫、低溫和水穩(wěn)定性試驗，試驗結果如表3所示：

分析可知，隨著級配由粗到細，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸降低，彎拉應變和凍融劈裂強度逐漸增大，其中動穩(wěn)定度降低了22.6%、彎拉應變提高了13.9%、凍融劈裂強度比提高了5.2%。這說明不同級配對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性有顯著影響，較粗的級配（1#和2#）在高溫穩(wěn)定性方面更優(yōu)，而較細的級配（3#和4#）在低溫抗裂性和水穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更好，實際工程中應根據(jù)使用條件和性能要求綜合考慮。

3.4 油石比

為分析不同油石比對瀝青混合料穩(wěn)定性的影響，選擇級配3#、60目橡膠粉和24%摻量，制備不同油石比條件下的橡膠改性瀝青混合料，并測試混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性，試驗結果如表4所示：

分析可知，隨著油石比的增加，瀝青混合料空隙率降低了4.5%，說明油石比的增加使混合料更致密，大大減少了內(nèi)部空隙。此外，隨著油石比的增加，混合料動穩(wěn)定度增大了約2.5倍，彎拉強度增大了20.8%，凍融劈裂強度比增大了18.3%，且提升幅度逐漸減緩。這說明最佳油石比在9.2%～9.5%之間，混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性均達到或接近最佳水平，且油石比過低或過高都會影響混合料的性能，因此需要根據(jù)具體使用條件確定最佳的油石比。

4 結論

該文通過系統(tǒng)的試驗，分析了橡膠粉細度、摻量、集料級配和油石比對橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性的影響，得出以下結論：

（1）隨著橡膠粉細度的增加，混合料的動穩(wěn)定度、彎拉應變和凍融劈裂強度比均有所提升。

（2）隨著橡膠粉摻量的增加，混合料的穩(wěn)定性顯著改善，但摻量超過一定范圍后，性能提升趨于平緩甚至略有下降，建議橡膠粉摻量控制在24%左右。

（3）較粗的級配在高溫穩(wěn)定性方面更為優(yōu)越，而較細的級配則在低溫抗裂性和水穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更佳。

（4）隨著油石比的增加，混合料的空隙率顯著降低，動穩(wěn)定度、彎拉應變和凍融劈裂強度比均顯著提高，表明較高的油石比可以提高混合料的密實度和穩(wěn)定性，但過高的油石比也會帶來負面影響，建議最佳油石比控制在9.2%～9.5%之間。

參考文獻

[1]白義松.橡膠改性瀝青混合料穩(wěn)定性影響因素試驗分析[J].黑龍江交通科技， 2024（2）：13-16.

[2]張佩文.橡膠粉改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性與粘彈性能關系研究[D].武漢：武漢工程大學， 2017.

[3]常友功.穩(wěn)定型橡膠改性瀝青及瀝青混合料路用性能的研究[D].濟南：山東建筑大學， 2012.

[4]崔普查.熱再生瀝青混合料長期水穩(wěn)定性分析[J].山西建筑， 2009（33）：177-178.

收稿日期：2024-07-10

作者簡介：李倩（1991—）女，本科，試驗檢測師，研究方向：瀝青混合料。