橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

何 晶（海南省公路勘察設計院,海口 570206）

橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

何 晶
（海南省公路勘察設計院,海口 570206）

摘 要：通過室內試驗，對橡膠粉改性瀝青以及SBS改性瀝青AC-16瀝青混合料進行配合比設計，確定了最佳瀝青用量，對比了兩種瀝青混合料的路用性能，在此基礎上分析了兩種瀝青混合料的經濟效益。結果表明：橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能雖稍遜于SBS改性瀝青混合料，但其路用性能指標遠超規范要求；橡膠粉改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料有更好的經濟效益。

關鍵詞：橡膠粉改性瀝青；AC-16瀝青混合料；路用性能；經濟效益

0 引言

瀝青混凝土因其優良的路用性能已經被廣泛的應用于各等級公路當中，但由于瀝青材料其本身的特點決定，瀝青混凝土路面也存在一些不足：一方面，隨著溫度的升高，瀝青混凝土的彈性模量會明顯降低，在瀝青路面在車輛荷載和高溫的雙重作用下，容易形成推移、擁包、車轍等病害；另一方面，隨著溫度的降低，瀝青混凝土的彈性模量會急劇升高，在低溫狀況下，瀝青路面容易形成開裂，繼而誘發其他損害。據有關研究表明[1]，對瀝青進行改性能很大程度上改善瀝青混凝土的使用性能。SBS改性瀝青雖可很好的改善瀝青混凝土的高、低溫使用性能，提高路面的承載能力與使用壽命，但其昂貴的造價限制了其廣泛使用。因此，尋找一種“物美價廉”的改性劑來提高瀝青路面的路用性能具有十分重要的現實意義。

本文通過馬歇爾試驗，確定了橡膠粉改性瀝青AC-16和SBS改性瀝青AC-16的配合比，通過路用性能試驗對比分析了兩種瀝青的路用性能，最后對橡膠粉改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的經濟效益進行對比分析。

1　橡膠粉改性瀝青的應用意義

橡膠瀝青又稱為橡膠粉改性瀝青，是一種優良的新型復合材料，是重交瀝青與廢棄輪胎橡膠粉在外加劑的作用下，經歷過一系列復雜的物理化學變化形成的復雜聚合物[2]。根據有關研究表明[3]，橡膠粉可有效的改善基質瀝青的針入度，使其溫度敏感性降低，從而改善其高溫與低溫性能，另外橡膠粉提高了基質瀝青的柔韌性，使其與石料的粘附性增強，并且降低了噪音污染。

截止至2014年底，中國的汽車保有量已經達到1.5億，廢舊輪胎的保有量已經達近3億條，并且每年以近10%的速率上升。大量廢棄輪胎的堆積不但造成環境污染、資源浪費，而且其降解困難，堆積處成為一些害蟲的溫床，威脅人類健康，如不慎發生火災可造成嚴重的大氣污染。由此可見，將廢舊輪胎制成橡膠粉用于瀝青改性，不但可以提高瀝青路面的路用性能，更能起到保護環境，變廢為寶的作用。

2　室內試驗參數的確定

為了明確橡膠粉改性瀝青的路用試驗性能，本研究采用AC-16作為代表混合料類型，并對SBS改性瀝青和橡膠粉改性瀝青分別進行了馬歇爾配合比設計，并對兩種改性瀝青AC-16瀝青混合料的路用性能進行對比分析。

2.1 改性劑摻量

改性劑摻量不同對改性瀝青的性能指標影響也不盡相同。據有關研究表明[4]，SBS改性瀝青在SBS摻量在5%左右時，其綜合性能達到最佳，本文結合海南地區實際，選用5%的SBS摻量，來進行本次試驗研究；而橡膠粉摻量則選擇60目橡膠粉，摻量為20%[5]。

2.2 試驗材料

試驗選取的基質瀝青為海南地區常用的泰普克70#基質瀝青，石料產地為蓬萊石場玄武巖，礦粉產地為昌江礦粉廠，試驗所用原材經檢驗均滿足行業規范要求。

2.3 級配設計與最佳油石比確定

試驗根據馬歇爾配合比設計方法，分別得到了SBS改性AC-16瀝青混合料和橡膠粉改性瀝青AC-16瀝青混合料的級配曲線，確定了最佳油石比分別為4.6%和5.3%。橡膠粉改性瀝青由于其自身性質的原因，導致其油石比通常比SBS改性瀝青和基質瀝青要偏大。

根據優化得出的級配曲線以及通過馬氏試驗最終確定的油石比來分別制作SBS改性瀝青AC-16以及橡膠粉改性瀝青AC-16。礦料級配如表1所示。

表1　兩種AC-16級配計算表

3　改性混合料瀝青路用性能指標研究

SBS改性瀝青已經在國內推廣了幾十年，其良好的路用性能已經得到了道路工作者的普遍肯定。海南地區也已經將SBS改性瀝青應用于各等級瀝青路面當中，而橡膠粉改性瀝青卻還沒有在海南地區大規模推廣。為了驗證橡膠粉改性瀝青的路用性能，尤其是受海南氣候影響較大的高溫性能與水穩定性，對橡膠粉改性AC-16瀝青混合料進行了車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗以及低溫彎曲試驗，來衡量其路用性能，并將之與技術成熟的SBS改性瀝青混合料進行性能對比，試驗結果如表2所示。

表2　兩種瀝青混合料路用性能試驗結果對比表

從表中我們可以清晰的看出：（1）橡膠粉改性瀝青的馬氏穩定度與動穩定度略遜于SBS改性瀝青；（2）橡膠粉改性瀝青的-10℃低溫彎曲試驗破壞應要遠低于SBS改性瀝青；（3）橡膠粉改性瀝青的殘留穩定度與凍融劈裂殘留強度比均略優于SBS改性瀝青；（4）橡膠粉改性瀝青AC-16的各項性能指標遠高于規范規定標準。

4　經濟效益分析

一種新型材料的應用，通常要綜合考慮其路用性能和其經濟效益。上文所進行的室內試驗研究可以看出，橡膠粉改性瀝青的路用性能是符合規范標準的，但其經濟效益又如何呢？本文引用費用效果這一指標綜合評價橡膠粉改性瀝青與SBS改性瀝青的經濟效益。

第一步進行兩種瀝青混合料的綜合價格分析，海南地區2014年平均材料價格如表3所示。

表3　2014年海南地區材料平均價格

依據材料單價，計算兩種混合料的綜合價格，如表4所示。

表4　兩種瀝青混合料綜合價格

由表4，我們可以看出，當每使用1t集料的情況下，橡膠粉改性瀝青混合料要比SBS改性瀝青混合料節省近82元。

同樣根據橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青的路用效果進行對比分析，在分析時考慮混合料的高溫、低溫與水穩定性三種性能指標，效果參數為三項加權平均之和，以SBS改性瀝青混合料的路用性能為基準，動穩定度表征瀝青混合料的高溫性能，其加權值為1，破壞應變表征其低溫性能，權值也為1，殘留穩定度和劈裂強度比表征其水穩定性，權值各位0.5，則根據表2可得兩種瀝青混合料的加權值，進而計算出兩種混合料的效果參數，如表5所示。

表5　效果參數加權計算表

根據式1計算出兩種混合料的效果費用，經計算SBS改性瀝青混合料的效果費用 為0.00958，橡膠粉改性瀝青的效果費用為0.01126。顯然橡膠粉改性瀝青的效果費用要大于SBS改性瀝青，可見橡膠粉改性瀝青混合料在滿足路面的使用性能的同時，具有更好的經濟效益，適合在海南地區推廣使用。

5　結語

（1）通過對橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青AC-16配合比設計可知，橡膠粉改性瀝青的油石比略大于SBS改性瀝青，這是橡膠粉改性瀝青自身性質導致的。

（2）通過對橡膠粉改性瀝青路用性能研究發現，其高溫性能與低溫性能雖略遜于SBS改性瀝青，但遠超規范要求，而其水穩定性略優于SBS改性瀝青，綜合來看橡膠粉改性瀝青各項技術性質能夠滿足海南地區路用性能要求。

（3）通過經濟效益的對比分析發現，橡膠粉改性瀝青比SBS改性瀝青具有更好的性價比。

（4）因技術、材料等方面原因的限制，本文所做研究混合料類型比較單一，有一定的適用局限性，完善混合料以及材料類型是進一步需研究的方向。

參考文獻：

[1]莫石秀.湖瀝青改性瀝青作用機理及混合料性能研究[D].長安大學,2012.

[2]陳莉,郭義,陳秋蘭.橡膠瀝青生產與施工[J].北方交通,2009(05):72-74.

[3]Darylm.Susanna H.Ryan W.etal.Staudy of crumb rubbermaterials as paving asphalt modifiers[J].Canadian Journal of Civil Engineering 2007.34(10):1276-1288.

[4]祝偉.SBS摻量對改性瀝青混合料路用性能的影響[D].長安大學,2012.

[5]孫大權,徐曉亮,呂偉民.橡膠瀝青生產工藝關鍵技術參數的研究[J].長沙交通學院學報,2008(03):33-37.