掺加橡胶颗粒的沥青混合料性能研究

何 艳，陆立波

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430000；2.武汉中央商务区投资控股集团有限公司，湖北 武汉 430000）

掺加橡胶颗粒的沥青混合料性能研究

何 艳1，陆立波2

（1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430000；2.武汉中央商务区投资控股集团有限公司，湖北 武汉 430000）

通过CAVF法进行混合料的级配设计与传统的沥青混合料级配对比分析，在不同的橡胶颗粒掺量条件下研究JDAC-16的沥青混合料路用性能，试验结果表明，掺量3%的橡胶粉可以明显改善沥青混合料的高温、低温及抗水损害性能，而超过适宜掺量反而会劣化混合料的性能。

CAVF法；橡胶沥青混合料；路用性能

0 引言

随着我国经济的高速发展，汽车保有量迅猛增加，废旧轮胎的产生量也逐年增加，废旧轮胎不仅占用大量土地，而且产生严重的污染。将废旧轮胎应用于路面材料中，不但可以改善道路的路用性能，而且在一定程度上有利用环境保护实现资源的可持续发展。

1 实验方案

将废旧橡胶轮胎破碎成一定形状和粒径的颗粒，以骨料的形式直接添加到沥青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型的沥青混合料。

为了进一步研究沥青混合料的路用性能即高温性能、低温性能及水损害，按照相关试验规程对其进行评价，在此基础上结合普通密级配沥青混合料性能加以对比研究，以此来确认本次研究的沥青混合料性能的优劣。

2 原材料技术性质

对沥青混合料而言，其组成材料的性质决定了路用性能的质量好坏。所以，原材料技术性质的研究对混合料路用性能的影响至关重要。

本论文选用克拉玛依90#道路石油沥青作为研究对象，进行沥青及其沥青混合料的相关设计。

将一定比例的基质沥青、SBS、糠醛抽出油（内掺法）加入到特质容器中，并用高速剪切机进行剪切（1 000 r/min）直至温度达到175℃左右，再提高剪切速度至3 000 r/min持续剪切40 min，制备结束后，将沥青转入保温箱中发育3h即可制备得到SBS改性沥青。

粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量要求规范中的相关要求。其中粗集料与沥青的粘附性不小于4，当在实际施工过程中缺乏石料其粘附性不满足要求时宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂。

细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂志应除净，矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。

橡胶颗粒作为本次沥青混合料的重要组成成分，其技术性质指标在一定程度上决定了混合料的性能，其中橡胶颗粒自身的颗粒级配也会对混合料产生显著影响。本次选用市场上常用的河南某厂家生产的废旧橡胶颗粒为研究对象，参照细集料的筛分方法对其进行颗粒分析得到相关的级配曲线，见图1。

图1 实验用橡胶颗粒筛分曲线

3 沥青混合料设计

对于橡胶颗粒沥青混合料而言，橡胶颗粒密度较小，质量轻，若按照传统的混合料设计方法进行相关的级配设计，在一定程度上会造成颗粒之间的粒子干涉现象，影响沥青混合料的结构稳定性。因此需要探究一种新的设计级配方法。

本研究通过查阅大量资料文献得知[1]，华南理工大学教授提出的主骨料空隙填充法（CAVF法）是一种骨架密实型结构设计方法，该方法概念明确且实验、设计过程相对简单，本文结合其研究结论进行后续的沥青混合料性能研究。

本研究选定传统方法设计的连续粗型级配AC-16C、连续细型级配AC-16F与采用CAVF法设计的间断级配（JDAC-16）进行相互的对比研究，三种不同的级配均掺加3.0%橡胶颗粒以分析探究掺加橡胶颗粒对不同级配的适应性，见图2。

图2 合成级配设计图

4 实验过程

由上述三种实验级配的确定，通过马歇尔试验来验证是否满足混合料空隙率的要求。按照相关试验规程在不同沥青含量的条件下制备沥青混合料试件，测试其马歇尔试件的空隙率，相关实验结果见图3。

图3 不同沥青用量条件下的马歇尔试件空隙率

通过图3可以看出，三种不同的级配沥青混合料马歇尔试件空隙率随着沥青含量的增大，空隙率逐渐减小；JDAC-16沥青混合料的空隙率明显要小于 AC-16C、AC-16F的空隙率；其中AC-16C与AC-16F两种沥青混合料的空隙率在沥青用量为6.7%时还不能满足规范要求，空隙率过大的原因是橡胶颗粒的密度较小，而且存在一定的级配，掺入矿料中造成粒子干涉，导致矿料间隙率变大，沥青饱和度变小，在一定程度上影响了沥青混合料结构的稳定性。根据上述试验结果可知，JDAC-16型橡胶颗粒沥青混合料空隙率在3%～5%，在工程应用中具有一定的可行性，后续沥青混合料研究就采用此种级配形式，见图4。

图4 不同级配沥青混合料的抗压强度及抗压回弹模量

由图4可以看出，在橡胶颗粒掺量均为3%的条件下，抗压强度及抗压回弹模量：AC-16C＜JDAC-16＜AC-16F。

在JDAC-16的混合料中掺加0、2%、3%及4%的橡胶颗粒研究不同掺量对体积指标及路用性能的影响，见表1。

表1 马歇尔试验结果

由表1可以看出，随着橡胶颗粒掺量的增加VV、VMA逐渐增大，稳定度及VFA逐渐减小；这是由于橡胶颗粒是一种高弹材料，其强度和模量较石料的低很多，使得沥青混合料的稳定度减小，见图5。

图5 动稳定度与最大弯拉应变的实验结果

由图5可以看出，随着橡胶颗粒掺量的逐渐增加，动稳定度及最大弯拉应变先增大后减小；当橡胶颗粒掺量增大时，起到骨架支撑作用的粗集料大量减少，而此时由橡胶颗粒直接承受外力作用，橡胶颗粒沥青混合料的强度和稳定性将会大幅度降低。所以，在橡胶粉沥青混合料中起到骨架支撑作用的应该是集料，橡胶粉可以起到充填作用，这样才能保证橡胶粉沥青混合料有足够的强度稳定性及低温抗裂性能。故，从试验结果可以看出，橡胶颗粒的合理掺量宜为2%～3%，见图6。

图6 不同橡胶粉掺量的冻融劈裂强度比试验结果

由图6可以看出，对于骨架密实JDAC-16结构而言，掺加橡胶颗粒有益于改善沥青混合料的水稳定性，并且3%的橡胶粉掺量效果最优。

5 结论

通过室内试验得知，CAVF法可以应用于橡胶颗粒沥青混合料的级配设计中，可以很好的解决沥青混合料空隙率不稳定的问题。通过对JDAC-16进行不同橡胶颗粒掺量的路用性能试验，在一定掺量范围内的橡胶颗粒可以改善沥青混合料的高温、低温及水稳定性能，但是当超过一定量时反而会影响混合料性能，橡胶粉掺量的适宜掺量为3%。

[1]张肖宁,郭祖辛,吴矿怀.按体积法设计沥青混合料[J].哈尔滨建筑大学学报,1995(4):28-36.

[2]曹卫东,吕伟民.废旧橡胶颗粒改性骨架密实型沥青混合料的设计方法[J].公路,2007(4):166-169.

[3]张金喜.废橡胶作为弹性沥青混凝土路面材料的实验研究[J].建筑材料学报,2004,7(4):396-401.

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1009-7716（2017）09-0204-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.062

2017-04-21

何艳（1982-），女，湖北武穴人，高级工程师，从事道路设计工作。