橡膠瀝青混合料力學性能綜述

朱春鳳 劉 浩 田 偉 金玉杰 錢永梅

吉林建筑大學土木工程學院（130118）

0 引言

隨著當今我國經濟的飛速發展，人們對生活水平的要求越來越高，導致出行需求變多。因此隨著交通荷載的加劇與外界環境的影響，對道路瀝青路面的破壞越來越嚴重，人們為了提高瀝青路面的壽命，學者們在瀝青中加入各種添加劑延長其使用年限，研究其各種力學性能的差異。特別東北地區氣溫常年冷熱交替，導致瀝青道路容易受到破損，如何提高瀝青路面的性能與質量，影響道路使用壽命的因素之一是組成路面的瀝青混合料的質量，因此研究道路工作的關鍵是對路面材料進行研究。瀝青混凝土路面在水分與低溫共同作用下，會發生嚴重的凍融損傷破壞，對于季節凍土區的道路工程破壞作用更加明顯[1]，為滿足城市道路需求，一些研究學者在瀝青中加入硅藻土使其高溫性能得到改善[2]。張文剛，陳建榮等人通過研究發現瀝青混合料中加入玄武巖纖維后，其抵抗低溫變形能力得到明顯增強。盡管如此，對于瀝青中橡膠進行凍融損傷性能的研究甚少，因此文章研究了摻入橡膠后其力學性能的改變情況。

1 國內外研究現狀

1.1 國外瀝青研究現狀

摻入橡膠后的改性瀝青研究現如今較為普遍，早在一百多年前英國就已經應用到實際中，到那時技術還尚未成熟。20 世紀60 年代美國學者率先利用濕法工藝研制生產出Overflex TM 橡膠瀝青混合料[3]。從美國的研究與應用來看，采用濕法工藝，且混合料為間斷級配和開級配設計[4]。Lachance 等人著重研究了凍融循環下改性瀝青混合料的黏彈性能，基于復數模量試驗探討了集料對其黏彈性能的影響[5]。

1.2 國內瀝青研究現狀

譚憶秋等人基于損傷理論，以瀝青混合料的路用性能為指標，建立了瀝青混合料凍融損傷的普適模型，并對結果進行驗證。結果表明，以抗壓回彈模量作為指標來觀測瀝青混合料凍融損傷壽命預測模型的擬合作用，其結果更加簡單直接[6]。

2 瀝青混合料性能分析及試驗方法

2.1 低溫抗裂性能

由于常年氣溫溫差大，瀝青道路路面較易產生裂縫。裂縫的產生會使外面水分侵入瀝青路面內部，產生沖刷等現象，破壞瀝青路面的結構，對瀝青路面的使用性能造成嚴重影響。瀝青混合料其良好低溫抗裂性是季凍區瀝青路面實際應用的前提。當前我國的瀝青混合料低溫抗裂性性能的評價方法主要有有低溫彎曲試驗、低溫收縮系數試驗、直接拉伸試驗、間接拉伸試驗和蠕變試驗等。進行研究時可采用最常見的低溫彎拉試驗對三種改性瀝青混合料的低溫性能進行評價。

2.1.1 低溫彎曲試驗

瀝青混合料抵抗溫縮裂縫擴展的能力即為低溫拉伸性能。按照瀝青混合料彎曲試驗規程進行試驗時，應將輪轍成型的試件切割成30 mm×35 mm×250 mm 且跨徑為200 mm 的小梁，參照某一試驗溫度環境下進行試驗。

2.1.2 低溫收縮系數試驗

當路面材料的低溫收縮變形能力超過了路面材料的變形能力，便會出現低溫裂縫。路面出現低溫開裂的可能與收縮系數的大小有關。

在最佳用油量下，按照馬歇爾密度，輪轍成型瀝青混合料試驗，并切割成40 mm×40 mm×200 mm的小梁試件。在試驗中降溫普遍采用連續降溫和間斷降溫兩種方式。

2.1.3 蠕變試驗

通常來說,瀝青混合料屬于黏彈性材料，會表現出一定的蠕變特性, 即在保持外力作用不變的情況下,應變會隨著時間的延續而逐漸增加,直至由于過大的變形發生破壞。本試驗主要對瀝青混合料在恒應力條件下，溫度為低溫時材料的變形能力。蠕變試驗一般可分為三個階段,依次為蠕變遷移、蠕變穩定和蠕變加速破壞階段。

2.2 高溫性能

隨著社會的發展物流需求較大，導致交通運輸荷載增加，瀝青道路的危害也越來越多，其中對于夏季炎熱地區影響最大的一種病害就是車轍病害，容易產生變形從而導致路面破壞影響道路的使用。用來評價瀝青混合料高溫穩定性的方法有很多，常見的高溫性能試驗用來評價瀝青混合料方法主要有:單軸靜載、動載試驗，三軸試驗，徑向試驗等。

2.3 車轍試驗

車轍試驗是模擬瀝青混合料在受汽車車輪擠壓力的情況下，對瀝青混凝土路面進行碾壓，試驗接近于實際情況進行模擬，從而能夠從試驗數據中探究橡膠顆粒對瀝青混合料高溫性能的影響。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程進行瀝青混合料車轍試驗。試件尺寸采用標準尺寸。

2.4 水穩定性能

在外界環境的條件下，雨水會通過瀝青混合料的空隙進入內部，破壞瀝青與集料間的穩定性，導致混合料的結構遭到破壞，影響瀝青路面的穩定性。

瀝青路面的主要病害之一即為水損害。所謂水損害是瀝青路面在水或凍融循環的作用下，由于汽車車輪動態荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產生動水壓力成真空負壓抽吸的反復循環作用,水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青黏附性降低,并逐漸喪失黏結力，瀝青膜從石料表面脫落,瀝青混合料掉粒、松散，繼而形成瀝青路面的松散、剝落和坑槽等的損害現象。

多年來，人們對瀝青面層的抗水害性能進行全方面的研究，除了設計、施工和環境因素外，主要研究了瀝青混合料水穩性，通常是從評價瀝青與礦料的粘附性及評價瀝青混合料的水穩性兩個角度考慮。前者的試驗方法主要有水煮法、水浸法、光電比色法、攪動水凈吸附法等；后者的試驗方法廣泛應用的有浸水馬歇爾試驗、真空飽水馬歇爾試驗、浸水劈裂試驗、飽水劈裂試驗、凍融后劈裂強度比試驗、浸水車轍試驗等。本課題中，主要采用了浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗方法來評價纖維瀝青混合料的抗水害性能。

2.4.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗方法評價混合料抗水害性能在世界各地得到廣泛應用，該方法是通過兩組馬歇爾試件，一組在一定溫度水浴中保養后，測定其馬歇爾穩定度。另一組在同樣溫度水浴中，恒溫保養更長時間后后測定其馬歇爾穩定度，用殘留穩定度來表征混合料的水穩性能。值越大，水穩性越好。

2.4.2 凍融劈裂試驗

參考國內外的相關資料，凍融循環條件下瀝青混合料沒有給出明確的標準，不同試驗對于瀝青混合料的凍融條件和凍融次數也有差別。根據大多數試驗結果發現，瀝青混合料的空隙率和力學性能在經過10 次左右的凍融循環都趨于穩定，變化平緩。參考《公路工程抗凍設計與施工技術指南》對于瀝青混合料凍融劈裂試驗評價瀝青混合料抗凍性凍融循環次數的規定，做試驗室合理凍融循環。

3 結論

加入橡膠顆粒后的瀝青混合料相對于普通瀝青混合料各種性能有明顯提高。隨著橡膠顆粒粒徑的增大瀝青混合料的低溫性能的抗拉彎性能得到改善，高溫車轍試驗時混合料的抗剪能力不斷增強，橡膠顆粒可以減少水分進入瀝青混合料內部，從而提高橡膠顆粒瀝青混合料抵抗凍融破壞的能力，使橡膠顆粒瀝青混合料的水穩定性增強。