不同油石比的橡膠瀝青混合料動態模量測試分析

王 剛

（甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅 蘭州 730030）

隨著科技的進步，社會的發展，環境問題越顯嚴重，眾多國內外專家學者考慮到廢舊輪胎的回收利用，對改性橡膠瀝青和與之相應的一些應用技術做了大量的研究[1-2]。TIMM等采用現場試驗路段進行改性瀝青的相關性能試驗，試驗結果顯示，改性瀝青在提高混合料抗車轍路用性能方面有顯著成效[3]；ZHU等通過三軸試驗數據發現，隨著混合料中油石比的增加，其抗剪性能隨著減小[4]；國內的一些專家學者分別在瀝青混合料的集料、瀝青混合料的級配以及瀝青混合料的油石比等方面對瀝青混合料穩定性能的干擾研究都頗有建樹[5-8]。

綜上所述的國內外研究成果發現，當前國內外學者對改性瀝青混合料中的油石比的重要性作用研究成果較少，結合考慮到混合料中的集料級配及瀝青混合料中瀝青的最佳油石比是瀝青混合料中最重要的一部分在目標配合比設計時，故為了確保試驗中混合料中的瀝青達到最佳油石比并且符合相關試驗規范和現場施工要求，在滿足上述前提的基礎上，為了使瀝青的穩定度和密度曲線出現明顯的波峰，本試驗所用油石比在保障瀝青的飽和度滿足規范要求區間的同時，也要滿足油石比區間包涵瀝青混合料中設計規范要求的設計空隙率的所有區間。如若沒有滿足要求，則需相應的加大瀝青用量區間重新開始試驗。因此，本文通過單軸靜載壓縮試驗、應力應變試驗、車轍試驗細化的驗證不同油石比的橡膠瀝青混合料對其動態模量的影響。

1 試驗簡介

1.1 原材料及級配

試驗中所設計到的廢胎膠粉由酒泉某單位生產提供，膠粉顆粒大小為40目，所采用的瀝青原料為SK-90#，膠粉改性瀝青試驗溫度設置成180℃～190℃，滿足上述要求下高速攪勻拌和60min制成膠粉改性瀝青，經試驗各項技術指標均符合溫區技術要求，見表1。

表1 橡膠瀝青相關技術性指標表

本試驗中瀝青混合料使用的集料為玄武巖，并將集料分3個檔，分別為10～15mm和5～10mm的粗集料、0～3mm的細集料；礦粉選用石灰巖礦粉。其中瀝青混合料中礦料級配設計采用SMA-13級配的設計規格來實施，且將混合料中4.75mm的通過率保持在24%～38%。表2為瀝青混合料中不同集料、礦粉、及級配范圍的統計表。見表2。

表2 集料及礦料級配分布表

1.2 試驗方法

通過單軸靜載壓縮試驗、應力應變試驗、車轍試驗對不同油石比的橡膠瀝青混合料動態模量做試驗比對，分析兩種不同油石比（油石比6.4%、油石比6.7%）下混合料成型試件的抗壓回彈模量、混合料成型試件的靜態模量、混合料成型試件的破壞應力以及混合料的動穩定度隨瀝青混合料中油石比的變化情況。

2 試驗結果與分析

2.1 靜態模量試驗

2.1.1 橡膠瀝青混合料抗壓回彈模量及應變-應力隨溫度的變化

不同油石比下的瀝青混合料的抗壓回彈模量及應力-應變結果見表3、如圖1及圖2所示。

表3 各瀝青混合料應變-應力及抗壓回彈模量對比

圖1 抗壓回彈模量與溫度的變化曲線圖

圖2 應變-應力斜率與溫度的變化曲線圖

從表3、圖1及圖2中可以觀察得到：隨著混合料中油石比的增加，回歸方程的曲線斜率變大，瀝青混合料的抗壓回彈模量減小。當混合料中的試驗溫度為30℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應變-應力比值和抗壓回彈模量分別增加3.4%以及減少3.7%；當混合料中的試驗溫度為40℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應變-應力比值和抗壓回彈模量分別增加5.0%以及減少3.0%；當混合料中的試驗溫度為50℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應變-應力比值和抗壓回彈模量分別增加8.8%以及減少6.0%。

上述實驗數據說明：當瀝青混合料中瀝青油石比為6.7%時，抗壓回彈模量及應變相較油石比6.4%有明顯下降狀態，故說明此時油石比已超過最佳油石比。

2.1.2 橡膠瀝青混合料靜態模量隨溫度的變化

不同油石比下的瀝青混合料的靜態模量結果見表4、如圖3、圖4及圖5所示。

表4 不同溫度下瀝青混合料靜態模量統計表

圖3 30℃不同油石比瀝青混合料應力-模量

圖4 40℃不同油石比瀝青混合料應力-模量

圖5 50℃不同油石比瀝青混合料應力-模量

從表4、圖3、圖4及圖5中可以觀察得到：隨著瀝青混合料中油石比的增加，其靜態模量呈現減小趨勢。當瀝青混合料中的試驗溫度為30℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態模量回歸方程曲線的斜率減少9.2%；當瀝青混合料中的試驗溫度為40℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態模量回歸方程曲線的斜率減少3.5%；當瀝青混合料中的試驗溫度為50℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態模量回歸方程曲線的斜率減少23.4%。

上述試驗數據說明：在試驗中，當瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導致各集料、礦料之間的黏聚力降低，進而導致靜態模量降低，最終導致成型試件的強度降低。故為確保瀝青混合料有很好的穩定性能，在進行油石比驗證時，使其盡量保證在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

2.2 應力應變試驗

應力-應變試驗選用的是以2mm/min均勻加載速率的壓力機，試驗時，將瀝青混合料中油石比分別為6.4%、6.7%的試件放置在儀器上面，啟動壓力機，分別觀察不同油石比下荷載最大值和應變最大值，并記錄其數據。數據見表5、如圖6及圖7所示。

表5 各瀝青混合料破壞荷載對比

圖6 瀝青混合料破壞應力隨油石比的變化

圖6中可以觀察得出：隨著瀝青混合料試件的破壞最大值隨油石比的增大而減小，且隨之減小的包括瀝青混合料試件的抗拉強度。與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的試件破壞最大值減少2.8%。

上述試驗數據說明：當瀝青混合料中的瀝青油石比為6.7%時，其已超過混合的中標定的最佳油石比。當混合料中的油石比處于最佳時，其形成的試件破壞荷載值和抗拉強度值達到最大值。

圖7 不同石油比下應力-應變曲線變化圖

表5及圖7中可以觀察得出：隨著瀝青混合料的應變的增大，應力變化為先上升然后下降的狀態。當應變在0-3.5的范圍內時，油石比6.4%的應力變化與油石比6.7%的應力變化不明顯；當應變在3.5-6的范圍內時，油石比6.7%的應力增加大于油石比6.4%，且其首先達到應力峰值，隨后隨著應變的增大，應力呈下降狀態；當應變在3.5-8.5的范圍內時，油石比6.4%的應力隨應變的增大而增大，在應變值為8.5時，達到應力峰值。

上述試驗數據說明：隨著瀝青混合料中油石比的增大，油石比6.7%瀝青混合料形成的試件的最大應變值相較油石比6.4%的應變值前移，且最大應力值減小。故表明為使瀝青混合料試件含有較高的穩定性能，其油石比必須保持為最佳油石比。

2.3 車轍試驗

本試驗中的橡膠瀝青是由SK-90#基質瀝青和酒泉產地的膠粉加工而成，油石比則沿用前文所選用的油石比6.4%、6.7%。車轍試驗數據結果見表6。

表6 車轍試驗對比表

表6中可以觀察得出：隨著瀝青混合料中油石比的增加，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的45min中內的變形量增加5.6%，60min中內的變形量增加5.7%，其總體呈增長趨勢；隨著瀝青混合料中油石比的增加，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的動穩定度減少8.1%。

上述試驗數據說明：當瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導致各集料、礦料之間的黏聚力降低，最終使瀝青混合料形成試件的抗車轍能力減小，增大永久變形。

3 結論

通過對不同油石比的橡膠瀝青混合料進行了單軸靜載壓縮試驗、應力應變試驗以及車轍試驗研究，由試驗數據及理論分析，得出以下結論：

1)隨著混合料中油石比的增加，回歸方程的曲線斜率變大，瀝青混合料的抗壓回彈模量減小。當瀝青混合料中瀝青油石比為6.7%時，抗壓回彈模量及應變相較油石比6.4%有明顯下降狀態，故說明此時油石比已超過最佳油石比。

2)隨著溫度的升高，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態模量回歸方程曲線的斜率下降趨勢經歷了由9.2%到3.5%，然后上升到23.4%的過程。其主要原因是當瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導致各集料、礦料之間的黏聚力降低，進而導致靜態模量降低，最終導致成型試件的強度降低。故為確保瀝青混合料有很好的穩定性能，在進行油石比驗證時，使其盡量保證在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

3)隨著瀝青混合料試件的破壞最大值隨油石比的增大而減小，且隨之減小的包括瀝青混合料試件的抗拉強度。與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的試件破壞最大值減少2.8%。當瀝青混合料中的瀝青油石比為6.7%時，其已超過混合的中標定的最佳油石比。當混合料中的油石比處于最佳時，其形成的試件破壞荷載值和抗拉強度值達到最大值。

4)隨著瀝青混合料的應變的增大，應力呈現出先上升后下降的趨勢。隨著瀝青混合料中油石比的增大，油石比6.7%瀝青混合料形成的試件的最大應變值相較油石比6.4%的應變值前移，且最大應力值減小。故表明為使瀝青混合料試件含有較高的穩定性能，其油石比必須保持為最佳油石比。