不同级配新型橡胶粉干法改性沥青混合料性能研究

樊亚亚

摘要：本文采用新型活化橡胶粉干拌方法拌合成型橡胶沥青混合料，为研究不同级配类型与新型橡胶的配伍性，通过二次成型马歇尔试件，以混合料体积参数、稳定度和流值为技术指标确定最佳油石比；变化不同级配类型，采用高温车辙实验、低温弯曲实验和水稳定性能实验作为干法新型橡胶改性沥青混合料评价实验，研究不同级配与新型橡胶粉的配伍性。实验结果表明：随着粗集料含量的增加，干法橡胶改性沥青混合料的高温、低温均呈现先增加后减小的趋势，且其水温定性能在一定空隙率范围内表现稳定，其中AC-13C型级配表现较高综合性能。

关键词：沥青混合料；级配；活化橡胶粉；干法；路用性能

中图分类号：TU535文献标识码： A

0引言

现代交通车辆轴载重、交通密度大造成了沥青路面易出现车辙、裂缝、抗滑性下降、服务年限短等一系列问题[1]，为了提高沥青路面性能，国内外研究人员致力于提出新的路面设计方法和研发新型路用材料，其中废旧橡胶粉改性沥青因其优异的改性效果和良好的经济性收到业界的普遍关注[2]。废橡胶粉应用于沥青路面的技术主要分为湿法和干法两大类。干法工艺简单，改性效果良好，然而采用普通橡胶颗粒时，改性沥青混合料的稳定性难以保证[3]，针对上述问题，本文从采用新材料角度出发，选用维他TOR连接剂活化橡胶粉，在最佳干掺量条件下，通过分析不同矿料级配条件下的活化橡胶颗粒沥青混合料的路用性能试验结果，从而选择合适的沥青混合料级配类型。

1实验原材料与沥青胶浆的制备

1.1原材料

1.1.1 沥青

采用韩国SK重交通AH-70#沥青，其25℃针入度值为73，软化点为52.5℃，15℃延度为118.3cm，其他各项主要技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》要求。

1.1.2 集料

采用的集料为玄武岩，矿粉为石灰岩矿粉，集料和矿粉的各项试验指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求。

1.1.3 活化橡胶粉

橡胶粉作为沥青混合料改性剂，其改性效果其组成性质密切相关；本文采用的新型活化橡胶颗粒是由废旧橡胶粉、TOR连接剂为主要成分，按比例加工为粒状，其含水量小于0.45％，金属含量小于0.006％，不含纤维含量，均满足相关技术指标。

TOR连接剂通过与沥青中沥青质中所含的硫元素交联，同时与胶粉颗粒表面的上的硫发生交联，形成环状和链状聚合物的网状结构，促进橡胶颗粒和沥青之间的融合，活化橡胶颗粒表面，提高干法橡胶沥青改性效果[4]。

1.2级配

1.2.1矿料级配

研究采用AC-13F、AC-13、AC-13C和四种级配AM-13，四种级配的最大共称粒径均为13.2mm，其中AC-13F指细型连续密级配沥青混合料，AC-13指普通连续密级配沥青混合料，AC-13C值粗型连续密级配沥青混合料，AM-13指间断级配沥青混合料，采用逐档筛分回配方式配备集料。

1.2.2新型活化橡胶粉级配

通过试验，40目橡胶粉的筛分结果如下：1.18mm筛孔的通过率为100%，0.6mm筛孔的通过率为98.6%，0.3mm筛孔的通过率为41.9%，0.15mm筛孔的通过率为11.3%，0.075mm筛孔的通过率为1.5%。

2不同级配干法橡胶沥青混合料路用性能实验结果与分析

2.1 配合比设计

新型活化橡胶粉掺量定为外掺沥青混合料的1.5%，根据高温时沥青胶结料粘度相对较低， 不足以束缚橡胶颗粒弹性变形恢复的特点，采用二次成型马歇尔实验方法，初次成型温度为130℃，二次成型温度为100℃[5]，对AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四条级配进行配合比设计，确定最佳油石比，其最佳油石比分别为4.5%、4.4%、4.3%、4.3%，最佳油石比下空隙率分别为3.8%、4.0%、4.1%、8.5%。

由上可知，随着级配的变化，其各自的最佳油石比呈下降趋势，这是因为级配的变化使混合料中粗集料增加，细集料减少，从而集料整体比表面积减小，在相同沥青膜厚度条件下所需沥青用量降低，因此最佳油石比呈现下降趋势。同时可以看出，随级配的变化，其各自在最佳油石比下的空隙率不断增加，因为级配的变化使混合料中粗集料不断增加，细集料不断减少，集料与集料之间的空隙填充不足，导致空隙率不断增大。

2.2 不同级配干法橡胶粉改性沥青混合料路用性能分析

2.2.1 高温稳定性

夏季天气炎热，沥青软化使得沥青混合料抗变形能力降低，在车辆荷载作用下容易发生侧向流动，导致车辙的产生。研究表明，动稳定度越高，混合料的抗车辙能力越强，高温稳定性越好。因此，本研究采用车辙试验评价各种混合料的高温性能，对AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四种混合料在最佳油石比下成型试件，在60℃条件下，进行了车辙试验，其动稳定度分别为3707次/mm、4556次/mm、5163次/mm、3841次/mm。

从试验结果可知，随着粗集料增多，动稳定度不断增大，级配为AC-13C时，动稳定度达到最大值，粗集料再增多时动稳定度反而有所降低。这是因为橡胶颗粒需要挤占矿料空间，随粗集料含量的增多，容纳橡胶颗粒的空隙增大，其中AC-13C级配中空隙大小与橡胶粉具有良好的配伍性，集料和橡胶颗粒形成空间骨架结构，促进沥青混合料动稳定度的提高；然而随着粗集料含量的进一步增加，沥青混合料其高温稳定性反而下降，因此适宜的级配组成对干法新型活化橡胶粉改性沥青混合料的高温性能起到关键作用。

2.2.1 低温抗裂性

沥青路面开裂是路面的主要病害之一，本研究按照规范要求，进行沥青混合料小梁低温弯曲试验，AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四种混合料的弯拉破坏应变分别为2897、3106、3343、2938。

从低温弯曲试验结果看，加入活化橡胶粉干法的四种沥青混合料的破坏应变均达到规范要求。AC-13F级配的破坏应变最低为2897με，AC-13C达到最高值3343με，相差446με，随着粗集料含量变化，沥青混合料破坏应变呈现先增加后减小的趋势，在AC-13C级配上达到最大值，这是因为当细集料过多时，混合料内部的黏附强度相对减弱，当温度降低时，沥青混合料收缩变形使集料颗粒被拉开，导致混合料的抗低温性能减弱；而粗集料过多时，细集料不能有效的填充空隙，温度降低时，沥青的粘结力降低，使混合料的抗低温性能减弱。

2.2.1 水稳定性

沥青混合料的水稳定性是指其抵抗因水侵蚀能力。根据现行规范要求，不同级配干法橡胶改性沥青混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，评价其抗水损害能力。AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四种混合料的残留稳定度分别为94.13%、91.25%、90.94%、87.51%，冻融劈裂强度比分别为85.89%、84.87%、85.21%、81.34%。

从水稳定性相关试验结果可以看出，四种沥青混合料的残留稳定度与冻融劈裂比均符合规范要求。随着粗集料含量的增大，残留稳定度逐渐降低，而就冻融劈裂比而言，AC-13F 级配的劈裂强度比最高为85.89%，AM-13的最差为81.34%，前三个级配变化并不明显，主要原因是级配的变化导致空隙率逐渐增大，使水分进入到混合料中，由于沥青是一种憎水性材料，使得沥青黏度降低，粘聚性能下降，使混合料的强度降低。粗料含量增大变化导致混合料的空隙率。

综上所述，级配的不同使其路用性能特点也有所不同，通过路用性能的综合比较分析可确定最佳级配为AC-13C级配。

3 结论

（1）橡胶颗粒与级配的配伍性与粗集料含量相关，随着粗集料的不断增多，干法橡胶粉沥青动稳定度和低温抗裂性能均呈现出先增后减的趋势，AC-13C级配下达到最优。

（2）不同级配条件下的干法橡胶改性沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂比均满足要求，随空隙率增大，水稳定性均出现峰值，因此需控制沥青混合料的空隙率在一定范围内，保证其水稳定性，满足规范。

（3）综合沥青混合料路用性能，干法新型橡胶改性沥青混合料的最佳级配为AC-13C。

参考文献

[1]于凯，刘力，余强，朱坦等.废轮胎胶粉和废PE复合改性沥青性能研究[J]，环境工程学报.2010，4(3):689-692

[2]沈金安.改性沥青与SMA路面[M]，北京:人民交通出版社，1999.

[3]吕伟民.橡胶沥青路面技术[M].北京:人民交通出版社，2011.

[4]林贤福，吴起.橡胶改性道路沥青及其微观结构[J].合成橡胶工业，2000，23(3):196-199.

[5]JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[6]JTG E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]