不同粗细级配的橡胶沥青混合料路用性能对比研究

孟召明

(新疆希尔路桥工程有限公司，新疆 乌鲁木齐　830011)



不同粗细级配的橡胶沥青混合料路用性能对比研究

孟召明

(新疆希尔路桥工程有限公司，新疆 乌鲁木齐830011)

为了研究橡胶沥青混合料的路用性能，选用AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(细)3种级配，研究了橡胶颗粒目数对混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的影响。试验结果表明，相比于基质沥青混合料，橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性；级配不同，混合料高温稳定性最佳时对应的橡胶颗粒目数不同；随着橡胶颗粒目数的增大，最大弯拉应变逐渐增大，橡胶沥青混合料的低温抗裂性逐渐提高；3种橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比都大于80%，橡胶颗粒粗细对沥青混合料水稳定性的影响较小；AC-13(细)沥青混合料的水稳定性最好。

；橡胶沥青混合料；路用性能；高温稳定性；低温抗裂性；水稳定性

0　前言

进入21世纪，我国公路交通事业进入了一个前所未有的发展时期，公路总里程不断增长，车流量不断增大，同时随着经济的发展交通渠化也日益严重，重载超载比例车辆不断增多[1-3]。人们对道路路面的使用功能的要求也越来越高，不仅要求路面具有平整度高、耐久性好、行车安全性高等特点，而且要求路面具有良好的行车舒适性，还能降低噪音、减少污染[4-7]。橡胶沥青路面的出现，为解决以上问题提供了新的思路。研究表明[8-11]，将废旧橡胶经过特殊处理，添加到沥青混合料中，不仅可以减少环境污染，而且能有效改善沥青路面的使用功能，延长路面使用寿命。然而，所选用的橡胶颗粒不同、沥青混合料级配不同，橡胶沥青混合料的性能必定会有所不同，对应的沥青路面的使用性能也会有所不同。本文通过室内试验，研究了橡胶颗粒目数、沥青混合料级配对橡胶沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能的影响，对指导橡胶沥青混合料的配合比设计和施工具有重要意义。

1　试验

1.1原材料

沥青选用AS90#基质沥青，基本技术指标见表1。橡胶粉是在常温下粉碎的橡胶颗粒，目数分别为40目、60目和80目，具有良好的物理力学性能。沥青混合料级配选用AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(细)3种级配，其主要组成见表2，3种沥青混合料的最佳油石比分别为4.3%、4.5%和5.0%。

1.2橡胶沥青制备

橡胶沥青改性采用湿法工艺，在(190±5)℃条件下，用强力搅拌器以250 r/min的转速将沥青与橡胶粉混合搅拌90 min即制得橡胶沥青，将不同橡胶粉细度和掺量的橡胶沥青与矿料拌和制得橡胶沥青混合料。

表1 基质沥青的主要技术指标类别针入度(25℃,100g,5s)/(0.1mm)软化点/℃延度(5cm/min,5℃)/cm闪点/℃RTFOT后质量损失/%实测值64.859.0>1002960.34技术标准60.0～80.0≥46.0>100≥260.0±0.8

表2 沥青混合料级配级配类型通过下列筛孔(mm)的质量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13细100100856850382820158AC-13粗100906838241510754AC-13中1009576.5533726.51913.5106

2　试验结果与分析

2.1高温稳定性

在AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(细)3种沥青混合料中加入相同质量不同目数(40目、60目和80目)的橡胶颗粒，进行60 ℃车辙试验测定混合料的动稳定度和车辙深度，研究橡胶颗粒对沥青混合料高温稳定性的影响，试验结果如图1所示。

图1　橡胶粉对沥青混合料高温稳定性的影响

从图1可以看出，与基质沥青混合料相比，橡胶沥青混合料动稳定度明显增大，车辙深度明显减小，表明橡胶颗粒能明显改善沥青混合料的高温稳定性，添加不同粗细的橡胶颗粒后，沥青混合料的动稳定度都大于3 000次/mm，符合规范对改性沥青混合料动稳定度的要求。对同一种沥青混合料而言，橡胶颗粒越粗，动稳定度越大，高温稳定性越好，例如对AC-13(粗)橡胶沥青混合料而言，目数为40目、60目和80目的橡胶沥青混合料的动稳定度分别为6 915、6 051和5 115次/mm；这是因为在橡胶沥青混合料中，橡胶颗粒的存在能填充在沥青混合料内部的空隙之中，且橡胶颗粒越粗，填充效果越好，因此高温稳定性越好。对AC-13(粗)沥青混合料而言，选择40目橡胶颗粒时，动稳定度最大，高温性能最好，而AC-13(中)和AC-13(细)选择60目橡胶颗粒时，高温稳定性最好；这主要是因为AC-13(粗)的矿料间隙率较大，因此选择40目橡胶颗粒时填充效果最好，高温稳定性最好，而AC-13(中)和AC-13(细)沥青混合料的矿料间隙率比较小，因此选择较细的60目橡胶颗粒时填充效果最好。

2.2低温抗裂性

在3种沥青混合料中加入相同质量不同目数的橡胶颗粒，由小梁低温弯曲试验测定混合料的最大弯拉强度、最大弯拉应变和弯曲劲度模量，其中主要以最大弯拉应变为主要评价指标，研究橡胶颗粒对沥青混合料低温抗裂性的影响，试验结果如图2所示。

图2　橡胶粉对沥青混合料低温抗裂性的影响

从图2可以看出，橡胶沥青混合料的最大弯拉应变明显大于基质沥青混合料，表明橡胶颗粒的加入能明显改善沥青混合料的低温抗裂性能，这主要是因为橡胶颗粒加入混合料中能吸收沥青中的部分油分，使沥青的温度敏感性降低，同时由于橡胶颗粒具有极佳的弹性，因此能改善沥青的低温变形能力，使沥青的低温延度增大，因此沥青混合料的低温抗裂性得到改善。对各种沥青混合料而言，加入橡胶颗粒后随着橡胶颗粒目数的增大，最大弯拉强度和弯曲劲度模量逐渐减小，最大弯拉应变逐渐增大，沥青混合料的低温抗裂性逐渐提高，例如对AC-13(中)混合料，当橡胶颗粒目数由40目增大至60目和80目时，最大弯拉应变分别由3 095×10-3增大至3 523×10-3和3 604×10-3，分别增大了13.8%和16.4%；这是由于橡胶颗粒越细比表面积越大，吸附沥青中的轻质组分越多，沥青针入度和粘度越大且低温劲度越小，因此混合料低温抗裂性能越好；另外橡胶颗粒越细，其在沥青中越容易发生溶胀和脱硫降解，脱硫使橡胶颗粒的弹性提高，因此使沥青混合料的低温抗裂能力得到更明显的改善。

2.3水稳定性

在3种沥青混合料中加入相同质量不同目数的橡胶颗粒，进行冻融劈裂试验，测定混合料冻融前后的劈裂强度，并由此计算冻融劈裂强度比，研究橡胶颗粒对沥青混合料水稳定性的影响，试验结果如图3所示。

图3　橡胶粉对沥青混合料水稳定性的影响

从图3可以看出，橡胶沥青混合料冻融前后的劈裂强度、冻融劈裂强度比都明显大于普通沥青混合料，3种橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比都大于80%，表明橡胶沥青混合料具有很好的水稳定性。随着橡胶颗粒目数的变大，橡胶沥青混合料冻融前后的劈裂强度逐渐减小，尤其是冻融前的劈裂强度降低幅度更明显。橡胶沥青混合料冻融劈裂强度比随橡胶粉目数的变化幅度较小，例如对AC-13(中)沥青混合料而言，橡胶粉目数为40目、60目和80目时的冻融劈裂强度比分别为86.9%、85.6%和81.4%，彼此之间相差不超过6.3%，表明橡胶颗粒粗细对沥青混合料水稳定性的影响较小。相同条件下，AC-13(细)沥青混合料的冻融劈裂强度比最大，水稳定性最好，这是因为AC-13(粗)和AC-13(中)沥青混合料的骨料间隙率大，相同橡胶颗粒填充时的填充效果最差，因此AC-13(粗)和AC-13(中)混合料的水稳定性较差。

3　结论

1) 与基质沥青混合料相比，橡胶沥青混合料具有更好的高温稳定性；对同一种沥青混合料而言，橡胶颗粒越粗，高温稳定性越好；对AC-13(粗)沥青混合料而言，选择40目橡胶颗粒时，高温性能最好，而AC-13(中)和AC-13(细)选择60目橡胶颗粒时，高温稳定性最好。

2) 橡胶颗粒的加入能明显改善沥青混合料的低温抗裂性能；随着橡胶颗粒目数的增大，最大弯拉强度和弯曲劲度模量逐渐减小，最大弯拉应变逐

渐增大，橡胶沥青混合料的低温抗裂性逐渐提高。

3) 3种橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比都大于80%，表明橡胶沥青混合料具有很好的水稳定性；橡胶颗粒粗细对沥青混合料水稳定性的影响较小；AC-13(细)沥青混合料的冻融劈裂强度比最大，水稳定性最好。

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2016-05-31

孟召明(1987-)，男，主要从事路桥工程的施工及管理工作。

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