橡胶沥青混合料力学性能综述

朱春凤 刘 浩 田 伟 金玉杰 钱永梅

吉林建筑大学土木工程学院（130118）

0 引言

随着当今我国经济的飞速发展，人们对生活水平的要求越来越高，导致出行需求变多。因此随着交通荷载的加剧与外界环境的影响，对道路沥青路面的破坏越来越严重，人们为了提高沥青路面的寿命，学者们在沥青中加入各种添加剂延长其使用年限，研究其各种力学性能的差异。特别东北地区气温常年冷热交替，导致沥青道路容易受到破损，如何提高沥青路面的性能与质量，影响道路使用寿命的因素之一是组成路面的沥青混合料的质量，因此研究道路工作的关键是对路面材料进行研究。沥青混凝土路面在水分与低温共同作用下，会发生严重的冻融损伤破坏，对于季节冻土区的道路工程破坏作用更加明显[1]，为满足城市道路需求，一些研究学者在沥青中加入硅藻土使其高温性能得到改善[2]。张文刚，陈建荣等人通过研究发现沥青混合料中加入玄武岩纤维后，其抵抗低温变形能力得到明显增强。尽管如此，对于沥青中橡胶进行冻融损伤性能的研究甚少，因此文章研究了掺入橡胶后其力学性能的改变情况。

1 国内外研究现状

1.1 国外沥青研究现状

掺入橡胶后的改性沥青研究现如今较为普遍，早在一百多年前英国就已经应用到实际中，到那时技术还尚未成熟。20 世纪60 年代美国学者率先利用湿法工艺研制生产出Overflex TM 橡胶沥青混合料[3]。从美国的研究与应用来看，采用湿法工艺，且混合料为间断级配和开级配设计[4]。Lachance 等人着重研究了冻融循环下改性沥青混合料的黏弹性能，基于复数模量试验探讨了集料对其黏弹性能的影响[5]。

1.2 国内沥青研究现状

谭忆秋等人基于损伤理论，以沥青混合料的路用性能为指标，建立了沥青混合料冻融损伤的普适模型，并对结果进行验证。结果表明，以抗压回弹模量作为指标来观测沥青混合料冻融损伤寿命预测模型的拟合作用，其结果更加简单直接[6]。

2 沥青混合料性能分析及试验方法

2.1 低温抗裂性能

由于常年气温温差大，沥青道路路面较易产生裂缝。裂缝的产生会使外面水分侵入沥青路面内部，产生冲刷等现象，破坏沥青路面的结构，对沥青路面的使用性能造成严重影响。沥青混合料其良好低温抗裂性是季冻区沥青路面实际应用的前提。当前我国的沥青混合料低温抗裂性性能的评价方法主要有有低温弯曲试验、低温收缩系数试验、直接拉伸试验、间接拉伸试验和蠕变试验等。进行研究时可采用最常见的低温弯拉试验对三种改性沥青混合料的低温性能进行评价。

2.1.1 低温弯曲试验

沥青混合料抵抗温缩裂缝扩展的能力即为低温拉伸性能。按照沥青混合料弯曲试验规程进行试验时，应将轮辙成型的试件切割成30 mm×35 mm×250 mm 且跨径为200 mm 的小梁，参照某一试验温度环境下进行试验。

2.1.2 低温收缩系数试验

当路面材料的低温收缩变形能力超过了路面材料的变形能力，便会出现低温裂缝。路面出现低温开裂的可能与收缩系数的大小有关。

在最佳用油量下，按照马歇尔密度，轮辙成型沥青混合料试验，并切割成40 mm×40 mm×200 mm的小梁试件。在试验中降温普遍采用连续降温和间断降温两种方式。

2.1.3 蠕变试验

通常来说,沥青混合料属于黏弹性材料，会表现出一定的蠕变特性, 即在保持外力作用不变的情况下,应变会随着时间的延续而逐渐增加,直至由于过大的变形发生破坏。本试验主要对沥青混合料在恒应力条件下，温度为低温时材料的变形能力。蠕变试验一般可分为三个阶段,依次为蠕变迁移、蠕变稳定和蠕变加速破坏阶段。

2.2 高温性能

随着社会的发展物流需求较大，导致交通运输荷载增加，沥青道路的危害也越来越多，其中对于夏季炎热地区影响最大的一种病害就是车辙病害，容易产生变形从而导致路面破坏影响道路的使用。用来评价沥青混合料高温稳定性的方法有很多，常见的高温性能试验用来评价沥青混合料方法主要有:单轴静载、动载试验，三轴试验，径向试验等。

2.3 车辙试验

车辙试验是模拟沥青混合料在受汽车车轮挤压力的情况下，对沥青混凝土路面进行碾压，试验接近于实际情况进行模拟，从而能够从试验数据中探究橡胶颗粒对沥青混合料高温性能的影响。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行沥青混合料车辙试验。试件尺寸采用标准尺寸。

2.4 水稳定性能

在外界环境的条件下，雨水会通过沥青混合料的空隙进入内部，破坏沥青与集料间的稳定性，导致混合料的结构遭到破坏，影响沥青路面的稳定性。

沥青路面的主要病害之一即为水损害。所谓水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力成真空负压抽吸的反复循环作用,水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青黏附性降低,并逐渐丧失黏结力，沥青膜从石料表面脱落,沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的松散、剥落和坑槽等的损害现象。

多年来，人们对沥青面层的抗水害性能进行全方面的研究，除了设计、施工和环境因素外，主要研究了沥青混合料水稳性，通常是从评价沥青与矿料的粘附性及评价沥青混合料的水稳性两个角度考虑。前者的试验方法主要有水煮法、水浸法、光电比色法、搅动水净吸附法等；后者的试验方法广泛应用的有浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验、浸水劈裂试验、饱水劈裂试验、冻融后劈裂强度比试验、浸水车辙试验等。本课题中，主要采用了浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验方法来评价纤维沥青混合料的抗水害性能。

2.4.1 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验方法评价混合料抗水害性能在世界各地得到广泛应用，该方法是通过两组马歇尔试件，一组在一定温度水浴中保养后，测定其马歇尔稳定度。另一组在同样温度水浴中，恒温保养更长时间后后测定其马歇尔稳定度，用残留稳定度来表征混合料的水稳性能。值越大，水稳性越好。

2.4.2 冻融劈裂试验

参考国内外的相关资料，冻融循环条件下沥青混合料没有给出明确的标准，不同试验对于沥青混合料的冻融条件和冻融次数也有差别。根据大多数试验结果发现，沥青混合料的空隙率和力学性能在经过10 次左右的冻融循环都趋于稳定，变化平缓。参考《公路工程抗冻设计与施工技术指南》对于沥青混合料冻融劈裂试验评价沥青混合料抗冻性冻融循环次数的规定，做试验室合理冻融循环。

3 结论

加入橡胶颗粒后的沥青混合料相对于普通沥青混合料各种性能有明显提高。随着橡胶颗粒粒径的增大沥青混合料的低温性能的抗拉弯性能得到改善，高温车辙试验时混合料的抗剪能力不断增强，橡胶颗粒可以减少水分进入沥青混合料内部，从而提高橡胶颗粒沥青混合料抵抗冻融破坏的能力，使橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性增强。