橡胶沥青SMA混合料路用性能分析

田静

摘要：文章为研究橡胶沥青SMA混合料的路用性能，分别选取添加裂解剂和不添加裂解剂的两种混合料，通过试验分析其各项技术性能。结果表明，两种橡胶沥青SMA混合料的各项指标均高于规定值，满足要求；添加裂解剂的混合料高温稳定性略有下降，其他性能均有所提升，说明添加裂解剂的混合料较没添加的混合料路用性能更佳。

关键词：橡胶沥青SMA混合料；路用性能；高温稳定性；低温抗裂性

0引言

SMA沥青混合料中粗集料含量较高，沥青路面结构整体稳定性高［1］，具有良好的路用性能。采用橡胶沥青作为结合料可进一步提升混合料的路用性能。橡胶沥青SMA混合料的路用性能更佳［2］，橡胶的弹性和柔性会在高温季节降低路面的永久变形，提升弹性恢复能力；低温条件下，添加橡胶颗粒后可提升沥青路面的抗拉强度［3］，减少低温开裂，提高使用寿命。为研究橡胶沥青SMA混合料路用性能，分别选取添加裂解剂和不添加裂解劑两种混合料开展试验，通过对比分析确定混合料的路用性能。

1 原材料检验

1.1 沥青技术性能检验

本研究橡胶沥青SMA混合料基质沥青选用壳牌70#沥青，沥青等级为A级。按照试验要求取样对基质沥青各主要技术性能指标进行检测，检测结果如表1所示。根据试验检测结果可知，基质沥青各指标均满足《沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中相关要求，满足橡胶沥青SMA混合料设计要求。

1.2 橡胶粉技术性能检验

为节约成本、变废为宝，本研究橡胶沥青SMA混合料橡胶粉选用废旧轮胎橡胶粉。按照规定工艺将废旧轮胎加工成橡胶颗粒，根据粒径、目数、溶胀速度的要求，确定橡胶粉的粒径和级配等指标。本项目选择40目橡胶粉，其主要物理和化学指标检测结果如表2所示。根据检测结果可知，各指标均满足设计要求，可以使用。

1.3 集料技术性能检验

本研究选用玄武岩粗集料。玄武岩密度大、强度高［4］，是优质的橡胶沥青SMA混合料路面面层材料。选择多棱角、颗粒形状规则、强度高的玄武岩作为粗集料，取样检验粗集料主要技术性能指标，检测结果如表3所示。根据检测结果可知，粗集料各技术指标均满足设计要求。

细集料选择石灰岩石屑，取样检测结果如表4所示，各指标检测结果均满足设计要求。

1.4 填料

橡胶沥青SMA混合料填料选择石灰岩磨细矿粉。所选外加剂有橡胶沥青裂解剂和木质素纤维。橡胶沥青裂解剂可以降低橡胶沥青的相对稠度，改善橡胶粉组分的失调问题。木质素纤维可以提升混合料化学性能的稳定性，提高橡胶沥青SMA混合料在运营使用中的耐久性。本研究中混合料木质素纤维掺量为0.3‰。

2 橡胶沥青SMA混合料配合比设计

以橡胶沥青SMA混合料为研究对象，配合比设计分为两种：（1）添加了橡胶沥青裂解剂（编号为TR-SMA）；（2）没有添加橡胶沥青裂解剂（编号为R-SMA）。根据上述原材料质量检验结果，通过试验分别确定两种橡胶沥青SMA混合料矿橡胶沥青裂解剂料级配如表5所示。

通过矿料级配制备马歇尔试件，以此确定橡胶沥青SMA混合料最佳油石比为6.1%，橡胶粉掺量为19%，橡胶沥青裂解剂掺量为3.6%，木质素纤维掺量为3‰。

3 橡胶沥青SMA混合料路用性能分析

3.1 高温稳定性分析

橡胶粉沥青可以提高沥青路面的抗疲劳性能、低温抗裂性能［5］，减少反射裂缝，降低行车噪音。为检验橡胶沥青SMA混合料的路用性能，分别选择没有添加和添加橡胶沥青裂解剂的橡胶沥青SMA混合料开展试验进行对比分析。车辙是沥青路面最常见的病害之一，也是表征沥青混合料高温稳定性的重要指标。本研究按照上述配合比设计分别制备试件，在规定条件下开展车辙试验，试验结果如表6所示。

分析表6所列试验数据可知，两种橡胶沥青混合料的动稳定度均远高于《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）（以下简称《设计规范》）中要求的3 000次/mm，说明TR-SMA和R-SMA沥青混合料的高温稳定性均满足规范要求。经过对比分析可知，加入橡胶沥青裂解剂的SMA沥青混合料的动稳定度略低于未添加的混合料，分析原因是由于在裂解剂的作用下，橡胶沥青在溶胀后颗粒更加细小，在一定程度上削弱了混合料中橡胶沥青空间网络结构整体稳定性，但总体对橡胶沥青SMA混合料的高温稳定性影响不大。另外，加入裂解剂的混合料试件所产生的永久变形和相对变形也较大，但二者差距不大。因此，通过对比分析可知，添加裂解剂会略微降低SMA混合料的高温稳定性，但二者差距不大，两种橡胶沥青SMA混合料的高温稳定性均满足设计要求。

3.2 低温抗裂性分析

沥青混合料低温抗裂性不足，会降低沥青路面的抗拉强度，导致沥青路面产生低温开裂，尤其是在北方寒冷地区更为突出。橡胶粉的添加可以使沥青混合料在低温时仍具有较好的韧性和柔性，从而提高沥青混合料的抗拉强度。而SMA沥青混合料骨架结构的整体稳定性较好，也可以减少低温开裂。按照试验要求，分别制备两种橡胶沥青SMA混合料试件，在规定条件下开展低温弯曲蠕变试验，试验结果如表7所示。

分析表7所列试验数据可知，两种橡胶沥青SMA混合料的破坏应变均超过了《设计规范》中要求的2 500 με，说明两种混合料的低温抗裂性均满足规范要求。由于添加了橡胶粉，发生溶胀反应后在骨料表面均匀地吸附一层凝胶膜，在沥青路面结构中形成的空间交联结构，低温环境下可有效抑制应力集中位置裂纹的生长和断裂，使橡胶沥青SMA混合料的低温抗裂性得到提升。

通过对比分析可知，添加裂解剂的橡胶沥青SMA混合料的弯拉强度和破坏应变更大，低温抗裂性更好，说明裂解剂可以进一步提升混合料低温抗裂性。这是由于裂解剂可以提升溶胀反应，还可以使胶粉颗粒产生裂解反应，形成更加细小的颗粒，进一步降低沥青稠度，提高胶粉沥青的延展性，提升改性沥青的低温柔韧性，进而提升混合料的低温抗裂性。

3.3 水稳定性分析

由于水分浸润集料，使集料表面的胶结料变软，粘附性下降，进而造成集料表面的沥青膜脱落，导致沥青路面结构出现水破坏。为评价橡胶沥青SMA混合料的水稳定性，制备试件分别开展粘附性水煮试验和冻融劈裂试验。根据粘附性水煮试验结果，水煮后沥青膜没有从骨料表面剥落，满足设计要求。冻融劈裂试验结果如表8所示。

分析表8所列试验数据可知，两种混合料的冻融劈裂强度比均＞80%，且均略高于85%，说明试验结果满足设计要求，但试验结果偏小。分析原因是由于橡胶粉的添加降低了沥青的粘附性，而加入裂解剂后橡胶粉颗粒进一步变小，在混合料中的分布更均匀，对温度的敏感性降低，因此添加裂解剂的橡胶沥青SMA沥青混合料水稳定性更好。

3.4 疲劳特性分析

在长期车辆荷载的重复作用下，沥青路面结构会产生疲劳破坏。为检验橡胶沥青SMA混合料的疲劳特性，制备试件开展小梁重复弯曲疲劳试验，试验结果如表9所示。

分析表9所列试验结果可知，随着应力水平的提高，两种橡胶沥青SMA混合料的疲劳寿命随之下降，二者呈现一定的线性关系。添加橡胶粉可以提高沥青的稠度，提高橡胶沥青SMA混合料的疲劳寿命。但橡胶粉的数量过大，会使沥青混合料中的自由沥青减少，进而降低沥青的粘附性，缩短混合料疲劳寿命。另外，通过对比可知，添加裂解剂的橡胶沥青SMA混合料疲劳特性更好。

4 结语

为研究橡胶沥青SMA混合料的路用性能，分别选取添加裂解剂和不添加裂解剂两种混合料开展试验，得出以下结论：

（1）根据TR-SMA和R-SMA沥青混合料的车辙试验结果，两种混合料的动稳定度均远高于3 000次/mm，说明二者的高温稳定性均满足要求，添加裂解剂会对混合料的高溫稳定性产生一定影响，但基本可以忽略。

（2）根据低温弯曲蠕变试验结果，两种橡胶沥青SMA混合料的破坏应变均远高于2 500 με，且添加裂解剂后混合料的低温抗裂性更优。

（3）根据水煮试验和冻融劈裂试验结果，两种混合料的冻融劈裂强度比均＞80%，满足设计要求，但试验结果偏小，且添加裂解剂的混合料水稳定性更好。

（4）随着应力水平的增加，橡胶沥青SMA混合料疲劳寿命随之下降，合理控制裂解剂的添加量可提升疲劳寿命，且添加裂解剂的混合料疲劳特性更好。

总之，根据上述试验结果可知，TR-SMA和R-SMA沥青混合料的路用性能均满足要求，且添加裂解剂的橡胶沥青SMA混合料的路用性能总体更佳。

参考文献：

［1］李明尧，王 科，王文峰.橡胶沥青SMA混合料级配设计及路用性能研究［J］.交通世界，2021（15）：5-6.

［2］范 平.温拌橡胶沥青SMA混合料水稳定性影响因素试验及灰关联分析［J］.路基工程，2021（2）：87-93.

［3］郭 亮.不同胶粉掺量橡胶沥青SMA性能研究［J］.福建交通科技，2020（5）：31-33，100.

［4］甄俊杰.橡胶沥青SMA混合料低温性能影响因素研究［J］.公路，2016，61（9）：260-262.

［5］徐金枝，王 春，常 睿，等.橡胶沥青SMA技术性能试验研究［J］.筑路机械与施工机械化，2015，32（6）：53-56.

作者简介：田 静（1986—），硕士，高级工程师，研究方向：道路工程。