橡胶沥青混合料路用性能研究

弓瑾

摘要：将废旧轮胎粉碎成小粒径的橡胶粉，与沥青在适宜的温度下均匀混融，在公路建设中应用，不仅可以变废为宝、节约橡胶资源、减少废旧轮胎因占用土地而造成的环境污染，从而达到环境保护的目的，而且能改善沥青路面的使用性能，延长路面使用寿命。

关键词：橡胶沥青混合料；路用性能；稳定性

公路交通运输业的飞速发展为中国经济的飞速发展做出贡献的同时也带来诸多问题，废旧轮胎大量堆积，对人类生存的自然环境造成危害并占用土地资源。如何能有效地处理这些废旧轮胎，且不造成污染，同时实现资源的回收利用，是现阶段公路行业急需解决的问题。

1.橡胶沥青混合料研究的意义

公路交通行业面临两个亟待解决的问题：一是公路运输会产生大量的废旧汽车轮胎，严重污染环境。二是公路建设需要大量的沥青，经济成本较高，且路面使用性能不能满足日益增加的交通量，需要新材料、新工艺改善沥青混合料的使用性能。如果能将废旧轮胎经过特殊工艺加工成一种材料，加入到路面材料中，既能改善路面的使用性能，又能解决废旧轮胎的问题，且能达到经济环保的效果。

橡胶沥青路面具有以下技术优势：提高路面路用性能；延长路面使用寿命；提高道路安全系数；降低路面行车噪声；降低道路建设成本；提高道路社会效益。因此，本文研究橡胶沥青混合料具有重要意义。

2.发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况

国外对于橡胶粉改性沥青的研究相比于国内较成熟，橡胶沥青最早见于1843年的英国专利。现代意义的废旧橡胶粉应用于道路铺筑的研究最早始于上世纪40年代的美国。美国橡胶回收公司开发了用干法工艺生产的用于沥青混合料的橡胶颗粒。1988年前后，橡胶沥青在美国亚利桑那州成功应用于间断级配沥青混合料中，标志着橡胶沥青路面技术得到较大发展。美国于1992年经过不断总结和改进，成功研发出了16%比例的废旧橡胶粉改性沥青。改进后的沥青混合料性能有了较大幅度的提高，主要表现在粘性增加，温度敏感性降低、抗老化以及抗冻融能力显著增强。并且由于橡胶粉改性沥青中含有氧化剂，作为一种稳定剂，能够显著提高沥青混合料的耐久性和吸附性。

3.橡胶沥青混合料路用性能研究

发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况给我国提供了借鉴。经研究分析，橡胶沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性能、水稳性能等方面具有明显优势，应大力推广应用。

3.1 橡胶沥青混合料的高温稳定性

在气温较高的夏季，路面表面温度随着环境温度不断变化，由于沥青混合料是以粘结性为主的半固体材料，因此，在高温下沥青路面强度和刚度就会受到影响。在轮胎荷载反复作用下，原本处于高强度粘结的胶浆产生相对流动，混合料骨架网状结构破坏失稳，导致路面出现车辙、推移、泛油等现象。这不仅降低了路面的服务质量，缩短了其使用寿命，并且严重影响行车安全。路面车辙问题是沥青路面最主要的病害之一。在美国、日本、等国等一些发达国家，80%以上的路面损坏是由于车辙引起的，后期只能通过罩面或翻修进行养护。因此，本文对橡胶沥青混合料的高温稳定性能进行试验和分析，以保证路面的正常使用。

研究橡胶沥青混合料高温稳定性的试验方法很多，车辙试验是最常用，最实用的一种，用动稳定度作为指标来进行评价沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。根据规范对车辙试验方法的规定，车辙板在设计级配和最佳油石比条件下成型，车辙试验结果如表1所示。

对比基质沥青的动稳定度可知，本文所制备的橡胶沥青的动稳定度比基质沥青高出3倍以上。究其原因，是因为在基质沥青中掺入橡胶粉后，橡胶粉与沥青相互作用，吸收基质沥青中的轻质组分，进而增加了沥青结合料的黏度，并提高了其稠度和软化点，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。

3.2 橡胶沥青混合料的低温抗裂性能

当环境温度骤降时，沥青路面结构层内产生的温度应力有可能超过沥青混凝土的抗弯拉强度，此时的沥青路面极易出现低温开裂现象。在寒冷的冬季，由于沥青路面的模量较高，在车辆的重复压力作用下，開裂的路面有可能继续开裂并碎裂成更小的路面板，随着时间的推移，这些裂缝处就会出现龟裂破坏。水分会沿着裂缝进入基层及路基，进而降低路面的粘结强度和承载力，严重危害路面的服务质量和使用寿命。因此，为了减少由于裂缝给路面带来的破坏，必须对沥青混合料的低温性能进行分析。

目前，我国通常采用低温弯曲破坏试验来评价沥青混合料的低温性能，评价指标为弯拉应变。橡胶沥青混合料低温试验结果如表2所示。

试验结果表明，在低温条件下，橡胶沥青混合料的抗弯拉应变和抗弯拉强度比基质沥青高，说明橡胶粉的加入改变了沥青结合料的关键技术指标，增加了沥青结合料的黏度和低温环境下的柔度，从而使橡胶沥青混合料表现出优异的低温性能。

3.3 橡胶沥青混合料的水稳性能

沥青结合料与集料的粘附程度直接关系到橡胶沥青混合料的耐久性，沥青路面的水损害多发生于冰冻地区和多雨地区。沥青路面的水损坏主要包括两个过程，首先水浸入沥青中使沥青粘附性减小，导致混合料强度和劲度减小；其次由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，水进入沥青薄膜和集料之间，隔断沥青与集料的相互粘结。在荷载的重复作用下，就会加速沥青从集料表面剥落，导致沥青混合料产生剥离、掉粒、松散等现象，进而造成沥青路面的坑槽、坑洞等病害。

抗水损害性能是沥青混合料性能检验的一个组成部分，尤其是在南方多雨地区，路面积水较多，雨水容易进入路面结构造成路面局部或整体的破坏。因此，提高混合料的抗水损害性能对于保证路面的使用质量具有重要作用。我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）规定用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。按试验规程进行水稳性试验，结果见表3。

由以上数据分析可得，基质沥青混合料的残留稳定度比及冻融劈裂强度比较橡胶沥青混合料低，这是因为橡胶沥青混合料的结合料中添加了橡胶粉，橡胶粉在高温和裂解剂的作用下部分溶解于沥青之中，增加了沥青结合料的黏度，使沥青与集料、集料与集料之间粘结作用更强，从而提高了橡胶沥青混合料抵抗水损害的能力。

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