橡膠顆粒瀝青路面發展狀況及耐久性研究

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶)

橡膠顆粒瀝青路面發展狀況及耐久性研究

鄭 銳

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶)

文章介紹了橡膠顆粒瀝青混凝土路面的發展進程和路用過程中的優點，以及橡膠顆粒瀝青混凝土在使用過程中存在的耐久性問題。通過分析橡膠顆粒瀝青混凝土損壞狀況、瀝青混合料級配類型、橡膠顆粒摻配粒徑以及瀝青混合料的黏結程度等方面，提出改善橡膠顆粒瀝青路面耐久性的方法。

道路工程;橡膠顆粒瀝青混合料;耐久性研究

0 .引言

在我國北方許多公路與城市道路經常遭受冰雪的危害，降雪較大時基本呈冰雪路面狀態，冰雪使路面附著能力大大降低，導致制動距離顯著延長，甚至剎車失靈、方向失控，造成嚴重的交通事故。這些問題成為道路交通安全和人民生命、財產安全的重大隱患，因此冰雪路面問題一直困擾著道路養護部門。

橡膠顆粒瀝青路面能有效改善道路冬季積雪結冰問題，消除安全隱患，同時解決了廢舊輪胎的再生利用，具有良好的環保效益，因而具有廣闊的應用前景。橡膠顆粒路面是將廢舊的橡膠輪胎破碎成具有一定形狀和粒徑的顆粒，代替部分集料，以骨料的形式直接摻于瀝青混合料中鋪筑而成的路面。由于橡膠顆粒路面中的橡膠顆粒具有較大的彈性變形能力，可以有效提高路面的變形能力，改善冰雪與路面的黏結狀態，在車輛荷載作用下通過自應力可以有效抑制路面積雪結冰，因此，將廢舊輪胎橡膠顆粒用于道路建設是解決當前面臨問題的有效途徑之一。

1 .橡膠顆粒瀝青混合料的早期研究

國外橡膠粉濕法改性瀝青混合料的研究最早出現在20世紀30年代的美國，Welborn和Lewi、首先進行了室內橡膠粉改性瀝青混合料的研究。20世紀60年代，美國的Charles H. Mcdonald采用濕法改性工藝生產了Overflex TM橡膠改性瀝青混合料，并且申請專利。眾多學者專家對濕法改性機理、影響因素、瀝青混合料性能等做了大量研究。濕法橡膠粉改性瀝青混合料的抗車轍性、抗裂性、抗疲勞性、耐久性能等得到了較大提高，同時反射裂縫的生成、溫度敏感性、以及路而養護費用得到有效降低，而且其鋪筑的路而具有一定降噪性能。將較粗的橡膠顆粒直接加入瀝青混合料中，通過適當的拌和成型工藝，制備橡膠顆粒改性瀝青混合料稱為干法。其最早出現在20世紀70年代的瑞典，又稱Plusride法。

20世紀70年代末期，日本廢舊輪胎主要用來生產橡膠粉，用于改善瀝青的性能，與此同時，他們對椽膠顆粒在路面鋪裝中的應用也進行了探索研究。日本道路建設公司研究了一種新技術，這種技術是利用橡膠顆粒來防止路面凍結，減少車輛輪胎打滑，其主要方法是將直徑為2cm的五角形橡膠顆粒鋪撒在剛完工的瀝青路面上，然后用壓路機壓入瀝青路面。壓入路面內的橡膠顆粒有小部分露出路表面，因此能有效地增加路面的摩擦力。同時，車輛荷載的作用又會使橡膠顆粒發生變形，車輛通過后橡膠顆粒變形的反彈力使冰破碎，從而能有效的防止路面打滑。1998年，日本在東京—長野的高速公路上鋪筑了摻入橡膠顆粒的試驗段，路用結果表明，這項技術在清除路面積雪結冰方面的效果比較明顯，大幅度提高了路面抗滑能力。但這種路面也存在一些問題，其耐久性較差，在行車荷載的反復作用下，橡膠顆粒極易從路表面剝落，因此會造成路面平整度下降，甚至出現松散、坑槽等病害。

在奧地利及比利時，主要是將廢舊橡膠顆粒加入到鋪設路面的石料中，用于提高路面的抗裂性和耐磨性，并能起到降低噪聲的作用。

2 .橡膠顆粒瀝青路面耐久性研究狀況

中國橡膠顆粒瀝青混合料相關研究開展相對較晚。由于橡膠顆粒的摻入，導致瀝青混合料的材料組成結構發生變化，因此橡膠顆粒瀝青混合料材料的選擇、配合比設計和路用性能評價方法與普通瀝青混合料存在一些不同之處。從材料的選擇、橡膠顆粒瀝青混合料配合比設計、橡膠顆粒瀝青混合料耐久性研究。

橡膠顆粒的摻入改變了瀝青混合料的內部組成結構，導致了橡膠顆粒瀝青混合料路而在使用初期即出現了松散剝落等病害。中國眾多學者提出采用高黏度聚合物改性瀝青來提高瀝青與礦質集料和橡膠顆粒之間的黏結力。常見的聚合物改性瀝青包括TPS改性瀝青、SBS改性瀝青、TPS/ TOR復合改性瀝青等。

傳統瀝青混合料級配組成設計是通過各種粗細集料的體積搭配比例，以此來達到要求的密實度。橡膠顆粒密度與礦質集料密度相差較大，姚莉莉提出等體積替換公式。具體置換方法為:先根據橡膠顆粒摻量按式(1)計算需要添加的橡膠顆粒的質量;然后再根據式(2)計算被置換掉的某一檔集料的質量;在置換的過程中保證橡膠顆粒與被置換的礦質集料的級配相同。曹衛東提出摻加橡膠顆粒粒徑應小于4.75mm。粒徑太小，橡膠顆粒賦予瀝青混合料的彈性性能不顯著;粒徑過大，將會對瀝青混合料的粗骨料骨架結構造成破壞。中國國內研究對于橡膠顆粒的粒徑選擇范圍是:1-4.75mm。

中國對于橡膠顆粒瀝青混合料的級配類型選擇包括連續級配與間斷級配，而大多研究認為間斷級配比連續級配更適用于橡膠顆粒瀝青混合料。間斷級配與連續級配相比，前者的力學強度主要來源于粗骨料之間的嵌擠，因此其高溫穩定性優于后者。而且間斷級配中的粗骨料形成骨架之后，有足夠的空隙來讓橡膠顆粒和細集料填充，因此橡膠顆粒吸油后的膨脹對間斷級配瀝青混合料體積穩定性的影響更小。

由于在瀝青混合料中加入了橡膠顆粒，改變了混合料原有的結構和材料間的接觸狀態，使得路面在車輛荷載和水的雙重作用下較普通瀝青路面更易于松散剝落。調查顯示，國內橡膠顆粒融雪試驗路普遍使用效果不佳的主要原因是，橡膠顆粒與瀝青黏結力不足，荷載作用下橡膠顆粒從路面表面脫落，在路面表面形成坑洞，水分侵入路面后，動水壓力作用下造成混合料松散。因此，橡膠顆粒瀝青混合料的耐久性問題也就是瀝青與集料及橡膠顆粒的黏附性問題，橡膠顆粒瀝青混合料的水穩定性問題。

同濟大學的呂偉民提出消石灰和水泥能有效提高瀝青混合料的水穩定性，且消石灰以稀漿的形式效果較好，并提出一種新型的超聲波加速水損害的試驗方法來分析瀝青混合料水穩定性。

長安大學的周衛峰研究了瀝青、集料性質及聚合物改性劑對黏附性的影響，提出了瀝青與細集料黏附性試驗方法，并與瀝青與粗集料的黏附性試驗方法相互配合控制瀝青混合料的水穩定性。

重慶交通大學的班午東采用溶脹抑制劑、黏結劑及進行橡膠顆粒氧化處理，以提高瀝青與橡膠顆粒的黏結性能，以肯塔堡飛散試驗的飛散損失率作為瀝青與橡膠顆粒黏結性能的評價指標。

長安大學的張聰采用了TPS高黏瀝青提高橡膠顆粒瀝青混合料的耐久性，并提出TPS改性劑應用于橡膠顆粒瀝青路面的最佳方案，將干法橡膠粉改性瀝青中使用的TOR連接劑應用于橡膠顆粒瀝青混合料，進行橡膠顆粒的表面活化處理，通過TOR連接劑的交聯作用改善瀝青與橡膠顆粒的黏附性，采用黏附性試驗及水穩定性試驗研究其對混合料耐久性的改善效果，確定其最佳使用方法及工藝。

3 .結語

我國研究對于橡膠顆粒瀝青混合料的級配選擇基本采用間斷級配，摻加橡膠顆粒的粒徑范圍為:1 ～ 4. 75 mm，通過提高橡膠顆粒、集料和瀝青之間的黏附性來改善橡膠顆粒瀝青混合料的抗飛散剝落的性能。對于橡膠顆粒瀝青路面的應用研究也從普通路面鋪裝擴展到了橋面鋪裝。但是中國對于橡膠顆粒除冰雪瀝青路面研究仍然處于探索研究階段，相關技術尚未成熟。雖然室內研究取得了一定的成果，但是現場鋪筑的路而使用壽命遠低于設計壽命，在路面投入使用初期即出現剝落松散、坑槽等病害。因此橡膠顆粒瀝青路面的疲勞性能及耐久性能依然需要進行進一步的研究。

[1]姚莉莉.橡膠顆粒彈性除冰路面關鍵技術研究[D].博士學位論文.西安.長安大學,2012

[2]張洪偉.橡膠顆粒除冰雪瀝青路面的研究[D].碩士學位論文.西安:長安大學，2009

[3]張聰.橡膠顆粒瀝青路面耐久性研究[D]西安:長安大學，2012.

[4]周衛峰.瀝青與集料界面粘附性研究[D].碩士學位論文，長安大學，2002

[5]班午東.橡膠顆粒瀝青混合料的組成及性能研究[D].碩士學位論文，重慶交通大學，2011

[6]張恒基.橡膠顆粒除冰雪瀝青路面研究綜述[J]吉林大學，2015

U45

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1007-6344（2017）08-0060-01

河北省社會科學基金2017年度項目《網絡安全與信息化視角下的互聯網金融風險規制研究》（HB17FX019）