橡胶颗粒沥青路面发展状况及耐久性研究

(重庆交通大学 土木工程学院， 重庆)

橡胶颗粒沥青路面发展状况及耐久性研究

郑 锐

(重庆交通大学 土木工程学院， 重庆)

文章介绍了橡胶颗粒沥青混凝土路面的发展进程和路用过程中的优点，以及橡胶颗粒沥青混凝土在使用过程中存在的耐久性问题。通过分析橡胶颗粒沥青混凝土损坏状况、沥青混合料级配类型、橡胶颗粒掺配粒径以及沥青混合料的黏结程度等方面，提出改善橡胶颗粒沥青路面耐久性的方法。

道路工程;橡胶颗粒沥青混合料;耐久性研究

0 .引言

在我国北方许多公路与城市道路经常遭受冰雪的危害，降雪较大时基本呈冰雪路面状态，冰雪使路面附着能力大大降低，导致制动距离显著延长，甚至刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。这些问题成为道路交通安全和人民生命、财产安全的重大隐患，因此冰雪路面问题一直困扰着道路养护部门。

橡胶颗粒沥青路面能有效改善道路冬季积雪结冰问题，消除安全隐患，同时解决了废旧轮胎的再生利用，具有良好的环保效益，因而具有广阔的应用前景。橡胶颗粒路面是将废旧的橡胶轮胎破碎成具有一定形状和粒径的颗粒，代替部分集料，以骨料的形式直接掺于沥青混合料中铺筑而成的路面。由于橡胶颗粒路面中的橡胶颗粒具有较大的弹性变形能力，可以有效提高路面的变形能力，改善冰雪与路面的黏结状态，在车辆荷载作用下通过自应力可以有效抑制路面积雪结冰，因此，将废旧轮胎橡胶颗粒用于道路建设是解决当前面临问题的有效途径之一。

1 .橡胶颗粒沥青混合料的早期研究

国外橡胶粉湿法改性沥青混合料的研究最早出现在20世纪30年代的美国，Welborn和Lewi、首先进行了室内橡胶粉改性沥青混合料的研究。20世纪60年代，美国的Charles H. Mcdonald采用湿法改性工艺生产了Overflex TM橡胶改性沥青混合料，并且申请专利。众多学者专家对湿法改性机理、影响因素、沥青混合料性能等做了大量研究。湿法橡胶粉改性沥青混合料的抗车辙性、抗裂性、抗疲劳性、耐久性能等得到了较大提高，同时反射裂缝的生成、温度敏感性、以及路而养护费用得到有效降低，而且其铺筑的路而具有一定降噪性能。将较粗的橡胶颗粒直接加入沥青混合料中，通过适当的拌和成型工艺，制备橡胶颗粒改性沥青混合料称为干法。其最早出现在20世纪70年代的瑞典，又称Plusride法。

20世纪70年代末期，日本废旧轮胎主要用来生产橡胶粉，用于改善沥青的性能，与此同时，他们对椽胶颗粒在路面铺装中的应用也进行了探索研究。日本道路建设公司研究了一种新技术，这种技术是利用橡胶颗粒来防止路面冻结，减少车辆轮胎打滑，其主要方法是将直径为2cm的五角形橡胶颗粒铺撒在刚完工的沥青路面上，然后用压路机压入沥青路面。压入路面内的橡胶颗粒有小部分露出路表面，因此能有效地增加路面的摩擦力。同时，车辆荷载的作用又会使橡胶颗粒发生变形，车辆通过后橡胶颗粒变形的反弹力使冰破碎，从而能有效的防止路面打滑。1998年，日本在东京—长野的高速公路上铺筑了掺入橡胶颗粒的试验段，路用结果表明，这项技术在清除路面积雪结冰方面的效果比较明显，大幅度提高了路面抗滑能力。但这种路面也存在一些问题，其耐久性较差，在行车荷载的反复作用下，橡胶颗粒极易从路表面剥落，因此会造成路面平整度下降，甚至出现松散、坑槽等病害。

在奥地利及比利时，主要是将废旧橡胶颗粒加入到铺设路面的石料中，用于提高路面的抗裂性和耐磨性，并能起到降低噪声的作用。

2 .橡胶颗粒沥青路面耐久性研究状况

中国橡胶颗粒沥青混合料相关研究开展相对较晚。由于橡胶颗粒的掺入，导致沥青混合料的材料组成结构发生变化，因此橡胶颗粒沥青混合料材料的选择、配合比设计和路用性能评价方法与普通沥青混合料存在一些不同之处。从材料的选择、橡胶颗粒沥青混合料配合比设计、橡胶颗粒沥青混合料耐久性研究。

橡胶颗粒的掺入改变了沥青混合料的内部组成结构，导致了橡胶颗粒沥青混合料路而在使用初期即出现了松散剥落等病害。中国众多学者提出采用高黏度聚合物改性沥青来提高沥青与矿质集料和橡胶颗粒之间的黏结力。常见的聚合物改性沥青包括TPS改性沥青、SBS改性沥青、TPS/ TOR复合改性沥青等。

传统沥青混合料级配组成设计是通过各种粗细集料的体积搭配比例，以此来达到要求的密实度。橡胶颗粒密度与矿质集料密度相差较大，姚莉莉提出等体积替换公式。具体置换方法为:先根据橡胶颗粒掺量按式(1)计算需要添加的橡胶颗粒的质量;然后再根据式(2)计算被置换掉的某一档集料的质量;在置换的过程中保证橡胶颗粒与被置换的矿质集料的级配相同。曹卫东提出掺加橡胶颗粒粒径应小于4.75mm。粒径太小，橡胶颗粒赋予沥青混合料的弹性性能不显著;粒径过大，将会对沥青混合料的粗骨料骨架结构造成破坏。中国国内研究对于橡胶颗粒的粒径选择范围是:1-4.75mm。

中国对于橡胶颗粒沥青混合料的级配类型选择包括连续级配与间断级配，而大多研究认为间断级配比连续级配更适用于橡胶颗粒沥青混合料。间断级配与连续级配相比，前者的力学强度主要来源于粗骨料之间的嵌挤，因此其高温稳定性优于后者。而且间断级配中的粗骨料形成骨架之后，有足够的空隙来让橡胶颗粒和细集料填充，因此橡胶颗粒吸油后的膨胀对间断级配沥青混合料体积稳定性的影响更小。

由于在沥青混合料中加入了橡胶颗粒，改变了混合料原有的结构和材料间的接触状态，使得路面在车辆荷载和水的双重作用下较普通沥青路面更易于松散剥落。调查显示，国内橡胶颗粒融雪试验路普遍使用效果不佳的主要原因是，橡胶颗粒与沥青黏结力不足，荷载作用下橡胶颗粒从路面表面脱落，在路面表面形成坑洞，水分侵入路面后，动水压力作用下造成混合料松散。因此，橡胶颗粒沥青混合料的耐久性问题也就是沥青与集料及橡胶颗粒的黏附性问题，橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性问题。

同济大学的吕伟民提出消石灰和水泥能有效提高沥青混合料的水稳定性，且消石灰以稀浆的形式效果较好，并提出一种新型的超声波加速水损害的试验方法来分析沥青混合料水稳定性。

长安大学的周卫峰研究了沥青、集料性质及聚合物改性剂对黏附性的影响，提出了沥青与细集料黏附性试验方法，并与沥青与粗集料的黏附性试验方法相互配合控制沥青混合料的水稳定性。

重庆交通大学的班午东采用溶胀抑制剂、黏结剂及进行橡胶颗粒氧化处理，以提高沥青与橡胶颗粒的黏结性能，以肯塔堡飞散试验的飞散损失率作为沥青与橡胶颗粒黏结性能的评价指标。

长安大学的张聪采用了TPS高黏沥青提高橡胶颗粒沥青混合料的耐久性，并提出TPS改性剂应用于橡胶颗粒沥青路面的最佳方案，将干法橡胶粉改性沥青中使用的TOR连接剂应用于橡胶颗粒沥青混合料，进行橡胶颗粒的表面活化处理，通过TOR连接剂的交联作用改善沥青与橡胶颗粒的黏附性，采用黏附性试验及水稳定性试验研究其对混合料耐久性的改善效果，确定其最佳使用方法及工艺。

3 .结语

我国研究对于橡胶颗粒沥青混合料的级配选择基本采用间断级配，掺加橡胶颗粒的粒径范围为:1 ～ 4. 75 mm，通过提高橡胶颗粒、集料和沥青之间的黏附性来改善橡胶颗粒沥青混合料的抗飞散剥落的性能。对于橡胶颗粒沥青路面的应用研究也从普通路面铺装扩展到了桥面铺装。但是中国对于橡胶颗粒除冰雪沥青路面研究仍然处于探索研究阶段，相关技术尚未成熟。虽然室内研究取得了一定的成果，但是现场铺筑的路而使用寿命远低于设计寿命，在路面投入使用初期即出现剥落松散、坑槽等病害。因此橡胶颗粒沥青路面的疲劳性能及耐久性能依然需要进行进一步的研究。

[1]姚莉莉.橡胶颗粒弹性除冰路面关键技术研究[D].博士学位论文.西安.长安大学,2012

[2]张洪伟.橡胶颗粒除冰雪沥青路面的研究[D].硕士学位论文.西安:长安大学，2009

[3]张聪.橡胶颗粒沥青路面耐久性研究[D]西安:长安大学，2012.

[4]周卫峰.沥青与集料界面粘附性研究[D].硕士学位论文，长安大学，2002

[5]班午东.橡胶颗粒沥青混合料的组成及性能研究[D].硕士学位论文，重庆交通大学，2011

[6]张恒基.橡胶颗粒除冰雪沥青路面研究综述[J]吉林大学，2015

U45

：B

1007-6344（2017）08-0060-01

河北省社会科学基金2017年度项目《网络安全与信息化视角下的互联网金融风险规制研究》（HB17FX019）