橡胶改性沥青混合料ARAC-20中面层应用技术研究

李田琳，张洪刚

(1.广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011；2.广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

与SBS改性沥青相比，橡胶沥青是聚合物改性沥青的一种，由基质沥青、橡胶粉、外加剂等经过改性而成[1]。经过胶粉改性提高了沥青的粘弹性，改善了沥青的抗老化能力和温度敏感性，还增强了沥青的高温稳定性和低温抗开裂性能。橡胶改性沥青中的胶粉，使得橡胶改性沥青比SBS改性沥青更粘稠，沥青油膜厚度更大，极大地提高了橡胶沥青路面的耐高温、抗疲劳、抗老化、延缓反射裂缝、降低噪音等性能[2]。同时，橡胶改性沥青技术可有效降低大量废旧轮胎造成的环境污染，是一项绿色环保技术[3]。因此，由于橡胶改性沥青具有良好的路用性能，在国内外已被广泛应用于大量实体工程，工程实践效果良好[4]。

从国内已有应用工程来看，橡胶改性沥青被大量应用于沥青路面表面层，在中面层应用较少[3-5]，本文基于湿热地区沥青路面抗车辙需求，优化设计了橡胶改性沥青中面层混合料材料组成设计，并在实体工程中进行了应用，施工质量良好，本文可为橡胶改性沥青在中面层中的应用提供重要的技术参考。

1 结构设计

本文以来宾至马山高速公路橡胶沥青试验段为依托工程，橡胶沥青试验路段与主线一般路段的结构组合设计对比如表1所示，试验路段采用双层橡胶改性沥青技术，共计20 km，施工桩号为K323+500～K343+500。

表1 来马高速公路主线路段与试验路段结构设计对比表

2 原材料质量控制

本工程采用的70#A级道路石油沥青技术性能试验指标如表2所示，各项指标满足使用要求；胶粉采用广西交通科学研究院所生产的40目橡胶粉，胎源全部为900 mm以上的大货车轮胎，经常温研磨工艺加工而成，其物理和化学技术指标如表3所示，所用胶粉橡胶烃含量达到56%，具有良好的弹性，其他指标均满足技术要求。

表2 70#A级道路石油沥青试验结果表

表3 橡胶粉技术性能指标检测结果表

本文橡胶沥青采用现场加工方式供应，成品橡胶改性沥青现场检测结果如表4所示，结果表明该橡胶沥青180 ℃旋转黏度为2.6 Pa·S，具有良好的施工和易性；25 ℃针入度为43(0.1 mm)，软化点为68 ℃，具有良好的温度敏感性和抗变形能力；25 ℃弹性恢复为82%，5 ℃延度为8.0 cm，具有良好的延展性。

表4 成品橡胶改性沥青技术性能指标检测结果表

3 施工配合比设计

中面层是沥青路面抗剪切抵抗车辙的最为关键的一层，中面层沥青混合料必须具有优良的高温抗变形能力[6]。优化设计目标是控制塑性变形和流变变形，形成良好的骨架嵌挤支撑有良好的抗力、密实有良好的粘结力等材料结构特征，并且防渗水、保密实。粗集料组成重点控制19 mm、13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm关键筛孔通过率，以此形成良好的骨架；细集料组成重点控制2.36 mm、0.075 mm关键筛孔通过率，以此形成良好的密实度，本工程优化设计的中面层橡胶改性沥青混合料ARAC-20级配组成设计如表5所示。

表5 ARAC-20橡胶沥青混合料生产配合比级配组成表

3.1 马歇尔试验

根据工程经验采用3个不同的油石比4.7%、5.0%、5.3%进行马歇尔试件，试件尺寸为φ101.6 mm×(63.5±1.3)mm，试件成型采用双面各击实75次的方法[7]，集料为石灰岩，填料为矿粉，按照橡胶沥青混合料击实控制温度成型试件，测得不同油石比下橡胶沥青混合料的体积指标，如表6所示。

表6 马歇尔试验结果汇总表

由马歇尔试验结果确定本文ARAC-20橡胶沥青混合料最佳油石比为4.9%，通过试验测得最佳油石比下的马歇尔试验体积指标结果如表7所示，结果表明最佳油石比下的体积指标良好，具有良好的空隙率、沥青饱和度、间隙率、稳定度、粉胶比等。

表7 确定的最佳油石比下的马歇尔试验体积指标结果表

3.2 性能验证试验

本文采用浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验对ARAC-20橡胶沥青混合料进行水稳定性能进行，试验结果见表8，浸水残留稳定度达到95.9%，冻融劈裂抗拉强度比达到89.8%，表明ARAC-20橡胶沥青混合料具有良好的抗水损害性能。

表8 水稳定性试验结果表

本文采用车辙试验进行高温抗变形性能验证，试验条件：60±1 ℃，0.7±0.05 MPa，试验结果见表9，结果表明ARAC-20橡胶沥青混合料动稳定度指标达到5 056次/mm，60 min车辙变形最大约为2.8 mm，说明本文ARAC-20橡胶沥青混合料具有良好的高温抗变形能力。

表9 高温抗车辙试验结果表

4 施工技术

4.1 拌合与施工温度控制

温度控制和拌合时间控制是橡胶改性沥青混合料生产的关键控制参数，本工程橡胶改性沥青混合料拌合温度控制为185 ℃，出料温度为180 ℃～185 ℃，橡胶沥青混合料搅拌时间宜控制在40～45 s，以橡胶沥青均匀裹覆集料、无花白料为准。

4.2 运输与摊铺控制

本工程橡胶改性沥青混合料运输均采用大吨位车辆，“前-后-中”3次或5次装料方式，料车全程覆盖篷布，到场温度控制为170 ℃～180 ℃；摊铺采用1台沥青混合料全幅摊铺机进行，采用自动找平装置控制标高和厚度，摊铺的松铺系数为1.25，摊铺机行走速度控制在2.5～3.0 m/min，摊铺温度为170 ℃～175 ℃。

4.3 碾压工艺控制

碾压是保障橡胶改性沥青施工质量至关重要的一环，本工程碾压按照及时、紧跟、慢压、高温、连续的原则，开始碾压温度≥165 ℃，采用钢轮+胶轮的组合压实工艺，压实工序为：双钢轮压路机初压静压1遍→双钢轮复压振压3～4遍→胶轮压路机复压2遍→双钢轮压路机终压收光1～2遍，终压温度≥100 ℃。

5 施工质量检测

5.1 渗水检测

在试验路段随机选择4处不同位置进行渗水试验，试验结果如下页表10所示，结果表明中面层渗水系数为30～120 ml/min，橡胶改性沥青中面层具有良好的抗渗水性能。

5.2 压实度检测

在试验路段随机选择多处不同位置钻芯取样进行压实度检测，试验结果如下页表11所示，结果表明大部分芯样压实度为95.5%～96%，芯样空隙率为4.0%～4.5%，表明橡胶改性沥青中面层具有良好的密实性。

表10 橡胶沥青中面层左幅试验段渗水结果表

表11 橡胶改性沥青中面层试验段压实度测试结果表

6 结语

本文通过试验和工程试验段应用，进行了沥青路面中面层应用橡胶改性沥青技术的研究，提出了中面层橡胶改性沥青混合料的原材料控制技术指标、配合比设计及性能控制指标要求，并提出了中面层橡胶改性沥青混合料施工技术参数与工艺控制要求。室内试验和工程施工质量检测指标表明，用于沥青路面中面层的橡胶改性沥青混合料ARAC-20具有良好的体积参数、水稳定性和高温抗车辙性能，本文可为橡胶改性沥青在沥青路面中面层的技术应用提供重要的指导与参考。