温拌橡胶沥青混合料的压实特性研究

尹志钢

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

绿色交通、可持续交通、和谐交通已经成为我们这个时代和行业发展的主题，橡胶沥青路面就是在这样的背景下发展而来的一种新型绿色路面材料。橡胶沥青路面在消耗大量废旧轮胎的同时，可以显著提高沥青路面使用性能，延长使用寿命。但是，胶粉的加入使得橡胶沥青的黏度显著提高、工作性变差，这意味着橡胶沥青混合料的生产需要更多的能耗、加速沥青老化、污染环境、影响施工人员健康、施工质量控制难度加大。这些缺点成为制约橡胶沥青路面技术的发展与应用的关键点。随着温拌技术的兴起，我们似乎找到了一种解决橡胶沥青路面上述短板的切入点。如何有效实现橡胶沥青与温拌技术的结合，取长补短，实现保护环境、变废为宝和增加道路使用年限的三赢，这是我们面临的问题[1]。

本文将研究温拌剂的加入对橡胶沥青混合料压实特性的影响。与马歇尔击实仪相比，旋转压实仪采用揉搓压实成型方式，更能够模拟实际路面的压实状态[2-4]。因此，本文利用旋转压实仪，通过压实能量指数CEI、交通密度指数TDI来评价温拌橡胶沥青混合料的压实特性。

1 原材料

1.1 基质沥青

壳牌70号基质沥青的试验结果如表1所示，它满足道路石油沥青的技术指标要求。

1.2 胶粉

采用40目的废旧轮胎胶粉，将废旧轮胎通过常温剪切、除杂、筛分、脱硫等工艺制得，掺量为基质沥青质量的20%，其技术性能如表2所示。

表2 废旧轮胎胶粉技术性能

1.3 温拌剂

市场上的温拌剂主要分为三类：表面活性剂型、泡沫温拌剂型、有机添加剂型。其中市场最常见的Sasobit属于第三种，它本质上是一种低熔点的有机蜡，属于白色晶体状，在110℃左右通过简单搅拌就可以很容易地溶解在沥青中，降低沥青混合料施工温度10℃～30℃[5-6]。

1.4 橡胶沥青

70号基质沥青与40目的废旧轮胎胶粉在180℃下高速剪切60 min让胶粉充分溶胀得到橡胶沥青。

1.5 温拌橡胶沥青

70号基质沥青与40目的废旧轮胎胶粉在180℃下高速剪切60 min得到橡胶沥青，橡胶沥青在160℃加入橡胶沥青质量3%的Sasobit搅拌10 min得到温拌橡胶沥青。

1.6 集料和矿粉

集料采用石灰岩，矿粉采用石灰岩磨制而成，其性能指标如表3所示。

表3 集料和矿粉的性能指标

2 温拌橡胶沥青混合料配合比设计

为了保证温拌橡胶沥青混凝土中间有足够的空隙填放溶胀的胶粉颗粒，本文采用间断级配，如表4所示。通过SGC法进行配合比设计，得到4%空隙率对应的最佳油石比是5.3%。为了保证试验结果的可比性，橡胶沥青混凝土采用同样的级配和油石比。

表4 温拌橡胶沥青混凝土级配

3 沥青混合料压实特性

3.1 旋转压实密实曲线

采用PINE公司生产的旋转压实仪进行混合料的压实成型，拌和温度统一取185℃，压实温度分别采用160℃和185℃。设定旋转压实仪的旋转角为1.25°，垂直压力为600 kPa，旋转速率30 r/min。仪器自动记录不同压实次数下的试件密实度，得到旋转压实曲线如图1和图2所示。

图1 160℃的旋转压实曲线

图2 185℃的旋转压实曲线

由图1和图2可以得到：

a）在相同的压实温度下，温拌橡胶沥青混合料比橡胶沥青混合料更容易压实，主要是由于Sasobit的熔点较低为100℃，它在橡胶沥青100℃的时候就会溶解，并附着、融合沥青中的饱和组分，降低橡胶沥青的黏度，形成稳定的温拌沥青。

b）与185℃相比，在较低的160℃下，温拌橡胶沥青混合料与橡胶沥青混合料的工作性差距更大，说明温拌剂的加入对降低橡胶沥青混合料的施工温度还是非常有效的。结合试件空隙率和压实状态来看，160℃更适合作为温拌橡胶沥青混合料的压实温度，185℃更适合作为橡胶沥青混合料的压实温度。

采用公式（1）来拟合不同温度下橡胶沥青混合料和温拌橡胶沥青混合料的旋转压实曲线。回归分析得到的回归系数如表5所示。

式中：r为密实度比，%；N为压实次数，次；a、b为回归系数。

表5 旋转压实曲线回归系数

3.2 压实能量指数CEI

旋转压实曲线与横坐标所包围的面积代表压实沥青混合料所需要做的功。压实能量指数CEI代表初始压实次数与竣工验收压实度93%之间的旋转压实曲线与横坐标包围的面积值[7]。CEI值越小，表示沥青混合料工作性越好，越容易压实。

通过对旋转压实曲线进行积分得到两种不同温度下温拌橡胶沥青混合料和橡胶沥青混合料的CEI值，如图3所示。

图3 不同温度下橡胶沥青混合料的压实能量指数

由图3可以知道：

a）对于同一种沥青混合料，随着压实温度的升高，压实能量指数减小。185℃温拌橡胶沥青的压实能量指数比160℃的减小39.3%；185℃橡胶沥青的压实能量指数比160℃的减小66.1%，主要是由于温度升高降低了沥青的黏度，沥青混合料会表现出更优越的工作性。压实温度从160℃增加到185℃，对温拌橡胶沥青混合料的工作性影响不大，再提高压实温度对温拌橡胶沥青混合料而言显得并不经济。而且160℃温拌橡胶沥青混合料与185℃橡胶沥青混合料的压实能量指数相当，说明160℃作为温拌橡胶沥青混合料的压实温度更加合适。

b）对于同一压实温度，温拌橡胶沥青混合料的压实能量指数小于橡胶沥青混合料的压实能量指数，这一差别在压实温度为160℃时显得更加突出。160℃橡胶沥青混合料的压实能量指数是温拌橡胶沥青混合料的3.7倍，185℃橡胶沥青混合料的压实能量指数是温拌橡胶沥青混合料的2.1倍，说明温拌剂的加入对橡胶沥青混合料低温条件下工作性的改善效果更好。

3.3 交通密实指数TDI

沥青路面开放交通后，在车辆荷载作用会进一步压实达到设计的目标空隙率4%。交通密度指数TDI代表竣工验收压实度93%与目标压实度96%之间的旋转压实曲线与横坐标包围的面积值。TDI值越大，代表沥青混合料抵抗永久变形的能力越好。

通过对旋转压实曲线进行积分得到两种不同温度下温拌橡胶沥青混合料和橡胶沥青混合料的TDI值，如图4所示。

图4 不同温度下橡胶沥青混合料的交通密实指数

由图4可以知道：

a）160℃的橡胶沥青混合料即使在最大压实次数下也无法达到96%的压实度，无法计算160℃的橡胶沥青混合料对应的交通密实指数。160℃对于橡胶沥青混合料而言压实温度过低。

b）185℃橡胶沥青混合料的交通密实指数均大于185℃和160℃温拌橡胶沥青混合料的交通密实指数，温拌剂的加入稍微影响了橡胶沥青混合料的高温稳定性能，但影响不大。

c）对于温拌橡胶沥青混合料，温度从160℃到185℃变化时，交通密实指数减小，混合料抵抗行车荷载进一步压密的能力有所降低，但变化并不明显。说明当温度大于160℃时，温度变化对温拌橡胶沥青混合料在行车荷载作用下进一步压实所需能量并不敏感。

4 结论

通过本文的研究，主要得到以下结论：

a）在相同的压实温度下，温拌橡胶沥青混合料比橡胶沥青混合料的压实能量指数小，混合料更容易压实。对于同一种沥青混合料，随着压实温度的升高，压实能量指数减小，混合料更容易压实。

b）160℃更适合作为温拌橡胶沥青混合料的压实温度，185℃更适合作为橡胶沥青混合料的压实温度。

c）185℃橡胶沥青混合料的交通密实指数均大于185℃和160℃温拌橡胶沥青混合料的交通密实指数，温拌剂的加入稍微影响了橡胶沥青混合料的高温稳定性能，但影响不大。

d）对于温拌橡胶沥青混合料，温度从160℃到185℃变化时，交通密实指数减小，混合料抵抗行车荷载进一步压密的能力有所降低，但变化并不明显。