橡膠SBS瀝青變性復合料路用功效實驗分析

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 番禺 511400）

當前公路建設中瀝青復合料技術應用越來越多，變性瀝青復合料特有性能優勢的發掘和應用，不斷提升現代公路路面設計和建設水平。本文研究以實驗室實驗分析的方式，對橡膠SBS瀝青變性復合料路用功效開展專題分析探究，以為同類工程應用提供研究和技術參考，助力實現優質牢固的瀝青復合料路面工程。

一、橡膠SBS瀝青變性復合料設計配比

橡膠SBS瀝青變性復合料試件馬歇爾擊實時，選擇175℃加熱溫度，185℃混拌溫度以及180℃成型溫度。

瀝青復合料級配具體如表1和圖1所示。在ARAC13S、ARSMA13、SBSAC13及SBSSMA13四類級配中用1.5%的混凝土替代礦粉，在ARAC13級配中用混凝土代替全部礦粉（即1.25%礦粉）。

以5.5%為目的空隙率，分別確定AC13（SBS）、ARAC13及ARAC13S 3類瀝青復合料的最優石油比，同時基于4.0%目的空隙率對SMA13（SBS）及ARSMA13的最優石油比給與確定，如表2所示。

圖1 復合料各型級配曲線

二、基于高溫狀態的橡膠SBS瀝青變性復合料功效分析

（一）車轍試樣成型時壓碾頻次的確定

采取為4類壓碾往返頻次：分別為12次、16次、20次及24次，基于各頻次壓碾的動穩度具體如表3所示。

由表2可知：

1.由于ARAC13S型復合料的石油比、瀝青黏度及彈塑性均相對較大，因此礦料通常擁有較厚覆裹層，復合料壓碾過程中反彈較大，所以選用常規壓密頻次無法滿足壓密需要，一定要經過加增壓密頻次來加大復合料的密實性。

2.隨著壓碾頻次加增，變性瀝青復合料的壓密表現出不斷增強的態勢，但壓密的增加幅度逐漸下降。意味當壓碾頻次到達一定程度時，增加壓碾頻次無法有效地增強路面壓密。

表1 瀝青復合料級配

表2 瀝青復合料最優石油比

表3 不同壓碾頻次下的動穩度

表4 基于不同級配的車轍實驗成果

3.復合料動穩度隨密度加增而逐漸增強，通過往返24次壓碾的試樣動穩度，通常要達到往返12次動穩度的1.35倍。

為給復合料膨脹預留充分空間，工程實踐多選擇在5.5%±1%范圍擇定設計空隙率。如表2所示，可知，壓碾往返頻次20次時空隙率接近5.5%。

系統考慮，將壓碾往返頻次20次當作該實驗中橡膠SBS瀝青變性復合料車轍試樣成型時的標準壓碾頻次。

（二）車轍實驗成果

通過比較基于不同級配的車轍實驗，可以借以獲取相對合適的變性復合料級配。實驗成果如表4及圖2所示。

從表4的實驗成果可得出以下結論：

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1.三類級配不同的橡膠SBS瀝青變性復合料的動穩度均滿足技術需要。表明橡膠與SBS混合變性確實可對基質瀝青高溫功效有相當大的改進完善，所以瀝青復合料的抗車轍功效得到了較大增強。

2.對比橡膠SBS瀝青變性復合料ARAC13S與ARAC13兩類級配的復合料發現：ARAC13S復合料的動穩度及相對形變均優于ARAC13復合料。如表1所示，兩類級配有較顯著的區別：4.75mm篩孔的經過率差別較大。ARAC13S級配4.75mm篩孔的經過率是27.9%，而ARAC13級配4.75mm篩孔的經過率是35.0%，即ARAC13級配粗集料組分要低于ARAC13S級配，所以ARAC13復合料的抗車轍功效不如ARAC13S復合料，呈現為前者的動穩度及相對形變兩個指標較差，表明對橡膠SBS瀝青變性復合料不宜選用ARAC13級配，所以在低溫功效及水穩性實驗中，不再選用該級配。

圖2 基于級配差異的車轍實驗柱圖

3.在級配相同條件下，就動穩度而言，SBS復合料優于橡膠SBS復合料，但兩者動穩狀態差異不大。總體講來，兩者的高溫功效大體相當。

4.復合料AC13動穩度低于同類復合料SMA13的動穩度，因為復合料SMA13的高溫動穩功效相對更好。

三、基于低溫狀態的橡膠SBS瀝青變性復合料功效分析

（一）評價方法述略

低溫小梁彎曲實驗方法是在棱柱體小梁試樣跨中加施集中載荷，經過測量試樣損壞時的最大載荷，計算得到試樣的損壞彎曲模量和拉彎應變，對瀝青復合料低溫功效實施評價。

（二）小梁彎曲實驗成果

低溫小梁彎曲實驗選用長度250mm、寬度30mm、高度35mm的小梁，跨徑為200mm，基于10℃條件，以速率50mm/min，在跨中單點加載，直到試樣損壞。實驗成果如表5、圖3及圖4所示。

表5數據表明，四類復合料類型的拉彎最大應變滿足規范需要。復合料SMA13的低溫勁度模量為相對最小，而低溫拉彎應變則相對最大，意味復合料SMA13的低溫抗裂功效相對優于復合料SBS。

同類級配復合料的拉彎最大應變均相對較大，充分表明橡膠SBS變性復合料的相對柔韌性更好。橡膠SBS復合料中，橡膠粉柔性及彈塑性優勢得到顯著發揮。

圖3 基于低溫的最大拉彎應變

圖4 基于低溫的勁度模量

5℃條件下，SBS變性瀝青可獲得38.6cm延度，橡膠SBS變性復合料則可獲得26.9cm的延度。顯然就延度狀態來看，前者低溫功效相對優于后者，此與對應復合料的低溫彎拉實驗所揭示的結論基本正相反。表明瀝青低溫功效不能僅通過延度揭示。

四、橡膠SBS瀝青變性復合料水穩性分析

（一）水穩性評價方法

該研究選用水浸法檢測集料與瀝青間的黏結性，并選用浸水馬歇爾實驗、融凍劈裂實驗來評價瀝青復合料的水穩性。

表5 瀝青復合料低溫實驗成果

表6 瀝青集料黏結性測量成果

表7 瀝青復合料融凍劈裂實驗成果

表8 浸水馬歇爾實驗成果

（二）水穩性實驗成果

1.水浸法檢測瀝青集料黏結性

3組試樣實驗成果取均值。選用的集料粒度9.5mm～13.2mm。表6數據揭示，橡膠SBS的黏結性相對最好。

2.融凍劈裂法

復合料ARAC13S和ARSMA13試樣劈裂抗拉分析成果具體如表7所示。

由實驗成果可知：

（1）從表7可看到，四類不同瀝青復合料融凍劈裂強度比都到達了規范需要；

（2）對橡膠SBS瀝青變性復合料說來，ARAC13S復合料及ARSMA13復合料融凍劈裂強度比到達規范需要。表明SBS及橡膠粉加添基質瀝青獲得變性復合料后，集料與瀝青黏結強度得到增強，油石界面水損壞概率大幅降低，水穩性大幅提升；

（3）不管是SBS變性還是橡膠SBS變性，AC型復合料的水穩性要相對好于SMA型復合料；

（4）兩類級配下，橡膠SBS瀝青變性復合料的劈裂抗拉強度比都不如SBS變性瀝青復合料，但數值差異較小，據此可認為橡膠SBS瀝青變性復合料劈裂抗拉強度比跟SBS變性瀝青復合料相當。

3.浸水馬歇爾實驗

浸水馬歇爾實驗成果具體如表8所示。

由實驗成果可知：

（1）表8數據揭示，四類復合料的留存穩定度具均滿足規范需要；

（2）SBS復合料殘存穩定度優于橡膠SBS復合料，盡管二者殘存穩定度絕對值差異不大，可見橡膠SBS復合料和SBS變性復合料的殘存穩定度接近。

（3）實驗成果揭示，加添橡膠粉及SBS后，瀝青復合料黏度和瀝青集料界面的強韌度均獲得不同程度增強，油石界面水損壞概率大幅降低，水穩性大幅提升。同時實驗成果亦揭示，融凍劈裂實驗所獲得的融凍劈裂強度比較比浸水馬歇爾實驗所測的殘存穩定度低，表明融凍劈裂實驗更能反映瀝青復合料的水穩性。