橡胶改性沥青在高速公路路面中的应用

李继足

（中铁十八局集团市政工程有限公司，天津市 300200）

1 引言

橡胶改性沥青主要是将废旧轮胎通过一定粉碎工艺制备成大小均匀的橡胶颗粒，掺加至沥青中在180℃高温条件下剪切一段时间，并经过溶胀形成一种新型改性沥青胶结材料。研究表明将废旧轮胎加工处理后，可以作为集料、矿粉、橡胶改性沥青混合料等，不仅可以解决大量废旧轮胎处置问题，同时橡胶改性沥青路面具有良好的耐疲劳、抗老化特性，显著优于其他改性沥青混合料［1-2］。本文依托项目实际，通过对橡胶改性沥青混合料原材料检验及配合比设计，详述了其施工工艺，为橡胶改性沥青在高速公路建设中的推广应用提供参考价值。

2 工程概况

某高速公路全长254km，为防止公路在未来运营过程中由于产生车辙、坑槽等病害，进而导致路面各项使用性能下降，严重影响正常交通出行。在对各方面因素综合分析基础上，最终提出采用橡胶改性沥青进行路面铺筑。其中试验段桩号范围为K23+600~K24+320，该标段内的道路各结构层设计状况如表1所示。

表1 试验段道路各结构层设计状况

3 原材料及配合比设计

3.1 基质沥青

本项目采用SK-70#基质沥青进行橡胶改性沥青的制备，通过对基质沥青各项技术指标试验（如表2所示）发现，均满足规范要求。

表2 SK-70#基质沥青技术指标测试结果

3.2 集料

（1）粗集料

本项目粗集料选用颚式破碎机生产的玄武岩碎石，采用反击式破碎机进行二次破碎加工，避免其针片状含量过多导致嵌挤作用减弱，各项技术指标测试结果见表3。

表3 玄武岩粗集料各项技术指标测试结果

（2）细集料

本项目细集料采用表面干燥洁净、质地坚硬、无风化的石屑，其质量测试结果见表4。

表4 细集料质量测试结果

（3）填料

项目采用石灰岩磨成的细粉作为填料，由于石灰岩填料为憎水性材料，与沥青形成胶浆后可以更好地裹覆在集料表面，黏附性强，其质量测试结果见表5。

表5 石灰岩矿粉质量测试结果

（4）橡胶粉

本文分别对40目、60目、80目和5%、10%、15%、20%、25%、30%掺量下的橡胶粉进行改性沥青制备，并采用基础性能试验确定最佳橡胶粉目数和掺量，试验结果见表6。

表6 不同橡胶粉目数的橡胶改性沥青性能试验

由上述试验结果可知，随着橡胶粉目数逐渐增大，改性沥青针入度逐渐减小，延度增大，软化点上升。主要是由于目数越大的胶粉颗粒越细，比表面积越大，与沥青发生溶胀反应的速率相应加快，形成了稳定的三维网状空间结构，进而使得橡胶改性沥青高、低温性能得到提升［3-5］。此外，随着胶粉目数不断增大，高低温性能提升也愈加明显，因此推荐采用80目的橡胶粉进行改性。

采用5%、10%、15%、20%、25%、30%六种不同掺量下的橡胶粉对基质沥青进行改性，并基于三大指标试验对其性能进行分析，试验结果见表7。

表7 不同橡胶粉掺量的橡胶改性沥青性能试验

由上表分析可知，随着橡胶粉掺量逐渐增加，改性沥青的高温性能逐渐提升，且上升速度逐渐减缓，而低温性能先上升后减小。主要是由于适量胶粉可以与基质沥青形成稳定的空间结构，有效改善了沥青的高温稳定性和低温柔韧性，但随着胶粉掺量进一步增加，导致其与沥青不能完全混溶，胶粉以大颗粒的形式分散于沥青中，无法分散均匀，因此本文使用80目、20%掺量的橡胶粉进行橡胶改性沥青的制备。

3.3 目标配合比设计

在综合考虑项目所处地区气候条件、路面水损害、车辙及裂缝等病害基础上，结合交通运输部中橡胶改性沥青混合料配合比设计规范，确定各档集料的比例为：10～15mm碎石：5～10mm碎石：石屑：填料=36%：36.5%：21%：6.5%［6］。该级配中粗集料含量较多，有利于形成骨架结构，避免对橡胶改性沥青混合料产生干涉压实作用，同时较少的细集料含量有利于形成SMA马蹄脂结构。级配掺配比例见表8。

表8 橡胶改性沥青混合料目标配合比设计

基于上述目标配合比设计结果，通过室内马歇 尔试验确定最佳油石比为5.57%，试验结果见表9。

表9 不同油石比下的橡胶改性沥青混合料试验结果

对最佳油石比下的橡胶改性沥青混合料高温、水稳性能进行试验，结果见表10。由试验结果可知，各项测试指标都满足交通运输部规范技术要求，可以投入下一步生产。

表10 橡胶改性沥青混合料目标配合比各项指标测试结果

3.4 生产配合比设计

依据目标配合比设计结果，根据项目施工现场的矿料筛分结果确定实际生产配合比［7］，10～18mm碎石：4～10mm碎石：石屑：填料=42%：31%：21%：6%，橡胶改性沥青混合料的最佳油石比为6.3%，级配掺配比例与各项技术指标测试结果分别见表11、表12。

表11 橡胶改性沥青混合料生产配合比设计

表12 橡胶改性沥青混合料生产配合比各项指标测试结果

4 橡胶改性沥青混合料施工工艺

4.1 橡胶改性沥青制备

生产橡胶改性沥青的核心设备是高速剪切机，通过将橡胶粉与基质沥青充分混溶后即可制备出高性能的橡胶改性沥青。本项目采用现场加工制备法，同时为防止在存放过程中产生离析，需要保证在高温条件下不断搅拌，缓解沥青离析过程。

4.2 混合料拌和

在拌合楼进行橡胶改性沥青混合料生产，通常情况下每锅沥青混合料的拌和时间在70～75s左右，生产能力为80T/H。拌和生产过程中需要对沥青用量、集料用量、拌和温度、拌和时间等多因素加以控制，拌和结束时需要检查混合料的出厂温度是否合格，规范要求控制在180℃左右［8］。

4.3 混合料摊铺

本项目采用弗特勒S1800型沥青混合料摊铺机进行橡胶改性沥青混合料摊铺工作，整个作业过程中需要控制摊铺速度（2m/min）、摊铺均匀性，严禁出现急停、掉转等情况。

4.4 混合料碾压

碾压阶段需要结合工程施工经验和规范要求，控制碾压速度、碾压遍数，通常初压、复压阶段采用振动压实，振动频率在35～50Hz，终压阶段采用静压和胶轮压实，尤其需要保证压实度温度不能低于120℃。

5 路面检测

本项目段施工结束后，需要根据规范相关标准对橡胶改性沥青路面进行验收，检测项目包括路面构造深度、压实度和渗水系数，结果见表13。从检测结果可知，本工程试验段橡胶改性沥青路面施工完全符合标准要求，可以开放交通。

表13 试验段橡胶改性沥青混合料路面检测结果

6 结语

本文依托实际工程，从橡胶改性沥青混合料原材料及配合比设计方面综合分析，基于对橡胶改性沥青混合料施工工艺分析，从试验段沥青路面检测结果和后期运营情况看，橡胶改性沥青混合料具有较强的高温稳定性和抗水损害性能，路面抗滑性能和构造深度在很长一段时间内无明显衰减，具有良好的工程应用前景。