橡胶沥青配合比设计及性能研究

陈永红

(重庆市市政设计研究院，重庆 400020)

0 引言

近十余年是中国公路建设“大干快上”的高速发展期，公路总里程从2000 年的140 万km 跃升至2012 年的424 万km，其中高速公路里程从2000 年的1.63 万km 增长到2012 年的9.62 万km，超越美国成为世界第一大的高速公路网。沥青路面以良好的行车舒适性和优异的使用性能占绝对优势。全球变暖、重载增加、车速提高使得沥青路面建成早期就出现破坏，主要表现为水稳定性和车辙。如何改善沥青混合料性能、延长路面使用寿命成为研究热点。

我国汽车工业的迅猛发展带来了一系列问题，废旧轮胎堆积如山，“黑色污染”成为21 世纪重大环境问题。对废旧轮胎进行燃烧填埋处理，既白白浪费资源，又造成环境污染，废旧橡胶轮胎如何应用于沥青路面成为研究热点［1，2］。顺应时代潮流，橡胶沥青技术迎来了发展良机［3－8］。目前，橡胶粉沥青技术主要分“干法”和“湿法”两种。“干法”就是在集料拌合过程中直接将橡胶粉加入到沥青混合料中，制成橡胶粉改性沥青混合料;“湿法”是将橡胶粉在高温下加入到热沥青中，制成改性沥青，然后进行混合料拌合。橡胶粉沥青技术既可以变废为宝，消耗废旧轮胎，又可以显著改善沥青混合料性能，对构建“绿色低碳环保”交通运输事业具有重要意义。

1 橡胶沥青改性指标要求

本项目依托西南某高速公路，橡胶粉采用干法掺加，技术要求见表1 ～表3。根据工程低碳环保路面工程专项设计要求，将橡胶粉按照20%±2%剂量掺配到70#A 级沥青中制备成橡胶沥青，其各项技术指标应符合表4 中的要求。

表1 橡胶粉筛分规格

表2 橡胶粉的物理技术指标与技术要求

表3 橡胶粉的化学技术指标与技术要求 %

表4 橡胶沥青技术要求

2 配合比设计

沥青混合料规定级配为SMA－13，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)、橡胶沥青与混合料设计施工技术指南(交通部公路科学研究院)、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20－2011)的规定，进行混合料体积指标检测。最终确定B 级配为最佳级配见表5，粗集料骨架松装间隙率检测见表6，3 组级配混合料检测指标见表7。

表5 橡胶沥青SMA－13 目标配合比合成级配

表6 粗集料骨架松装间隙率

以5.9%、6.2%、6.5%、6.8%、7.1%这5 组油石比进行马歇尔试验，检测沥青混合料体积指标及力学指标，检测结果见表8 所示，油石比分析如图1所示。

根据马歇尔试验结果，在曲线中求毛体积相对密度最大值、稳定度最大值、空隙率中值、饱和度中值分别对应的油石比，OAC1=6.44%，根据各项指标符合技术标准油石比范围OACmin～OACmax计算OAC2=6.62%，OAC3=6.53%。根据气候分区划分，该区域地处1－4，气候为夏炎热区，且为重载交通高速公路。因此，综合考虑成渝高速公路所处地理位置及环境，将本次配合比最佳油石比选定为6.5%。

表7 沥青混合料目标配合比级配选定数据汇总

表8 马歇尔试验检测结果

图1 油石比分析图

3 性能研究

试验采用相同填料、机制砂、碎石、级配下使用SBS 改性沥青(木质素纤维掺量为沥青混合料质量的0.3%，SBS 改性沥青、木质素纤维检测结果合格)按照相关规程规范进行SBS－SMA－13 沥青混合料设计，与AR－SMA－13 橡胶沥青混合料基本相同的空隙率下进行路用性能比较研究。检测结果见表9。

由表9 可知，掺加20%±2%橡胶粉后的橡胶沥青混合料的与SBS 改性沥青混合料的路用性能都能满足规范及设计要求。对4 cm 厚度的橡胶沥青SMA－13 表面层进行的配合比设计及路用性能检验:所捡指标符合规范及设计要求。

本次配合比级配选择B 级配作为橡胶沥青SMA－13 表面层目标配合比标准级配，沥青混合料最佳油石比为6.5%。通过橡胶沥青SMA－13 表面层目标配合比设计，确定沥青混合料相关参数:实测理论最大相对密度为2.588，毛体积相对密度为2.492，目标空隙率为3.7%。通过沥青混合料谢伦堡析漏、肯塔堡飞散、残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度、渗水系数、低温弯曲等进行检验，其路用性能均满足设计要求。

表9 沥青混合料性能检测结果

4 环境效益分析

按公式m=ρv=ρSH 计算本项目橡胶沥青混凝土用量，按油石比及橡胶粉掺量20%计算沥青总量及橡胶粉总量，结果如表10 所示。

表10 橡胶沥青混合料、沥青、橡胶粉使用总量 t

由表10 可得:本工程将使用约69.6 t 橡胶粉，按40 kg/条轮胎的平均重量计，则可以消耗废旧轮胎1 740 条，同时也可节约堆放轮胎可能占用的土地约0.12 hm2。可见，橡胶沥青的使用具有很好的循环利用效益。同时橡胶沥青路面有良好的降噪效果，降低表面层噪音约5 dB。

5 结论

本文结合西南某高速公路工程，进行了橡胶沥青路面配合比设计及性能研究，并进行了环境效益评估，得到以下结论:

1)根据当地气候水文条件及交通量水平，通过试验最终确定B 级配为最佳级配，通过马歇尔试验结果确定最佳油石比为6.5%。

2)本工程共使用橡胶粉69.6 t，耗费废旧轮胎约1 740 条，降低表面层噪音约5 dB。

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［7］交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料设计施工技术指南［M］.北京:人民交通出版社，2008.

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