橡膠瀝青混合料配合比及路用性能探析

李月霞

（1.河北交規院瑞志交通技術咨詢有限公司，石家莊 050000；2.河北省道路結構與材料技術創新中心，石家莊 050000）

1 引言

橡膠瀝青混合料配合比設計過程中受到多方面因素的影響，容易出現各項問題，需要人們結合該材料特點，加大配合比優化設計研究力度，增強路用性能，為人們提供更加安全、優質的出行服務。

2 研究背景

我國汽車工業迅速發展的過程中，不斷增加廢舊橡膠產量。廢舊橡膠屬于高分子材料，降解處理難度大，是環保工作中的一大難題。因此，廢舊輪胎的無害化、資源化處理對緩解自然環境問題、經濟持續發展、解決橡膠資源緊缺意義重大。我國相關作業逐漸采用廢舊輪胎膠粉生產橡膠瀝青，在生產過程中向瀝青內添加橡膠粉，可生產改性瀝青。橡膠瀝青在路面施工中應用能夠有效增強路面抗疲勞和抗裂性、耐久性、抗老化和氧化性，同時有效增強路面抗車轍能力，增加道路安全系數，獲得良好的社會經濟和環境效益[1]。

3 工程概況

某高速公路起止里程為K0+000~K24+000，標段內主線長24 km，包含多處位置的互通立交，部分路段按照雙向八車道標準修建，設計時速120 km/h，部分路段按照雙向六車道建設，上面層選擇應用橡膠瀝青路面，設計時速120 km/h，同時設置工程瀝青拌和站。

4 橡膠瀝青混合料配合比設計

4.1 合理選擇原材料

4.1.1 瀝青

本工程選用橡膠瀝青材料過程中，主要應用廢舊輪胎橡膠粉改性SK90號A級瀝青作為膠結料，25℃橡膠瀝青密度為1.046 g/cm3，其性能規定和檢測結果符合相關標準和規定。

4.1.2 礦粉

本工程選擇礦粉當作填料，能充分填充該混合料的多余空隙，同時有效發揮礦粉的應用優勢，增強混合料的穩定性與強度。本工程礦粉含水量為0.95%，無結塊問題，表觀密度為2.813 g/cm3，粒徑不大于0.075 mm的占比達94%，全部符合標準規范。

4.1.3 粗、細集料

本工程選用集料具有表面干燥、無任何雜質、耐風化性能良好的特點，同時具有良好的棱角性，無細長顆粒和集料扁平形狀的現象。原材料中集料選擇需要保證其憎水性，表面不能存在夾層等，避免對材料的黏結作用產生不良影響，特別是其對集料、瀝青之間的黏結作用容易受到較大影響，甚至出現混合料松散現象。

4.1.4 纖維

本工程應用骨架密實型橡膠瀝青混合料，同時適當增加適量的木質纖維素，保持摻量是混合料質量的0.3%，能夠有效增強填料和瀝青之間的黏結力，提高混合料的穩定性。

4.2 規范設計橡膠顆粒粒徑

我國相關人員針對廢舊橡膠輪胎進行實驗，結果充分表明天然橡膠與合成橡膠相比對瀝青影響較好[2]。所以，本工程應用天然橡膠，橡膠顆粒檢測結果見表1。

表1 橡膠顆粒檢測結果

橡膠顆粒粒徑對瀝青混凝土路面的回彈性能、混合料孔隙率產生較大影響，進而和其路用性能具有直接關系。所以，本工程施工人員需要綜合考慮橡膠顆粒粒徑大小，分析混合料的多項性能，保證其符合細集料粒徑范圍要求。本工程應用的橡膠瀝青混合料選擇間斷級配，去除的集料粒徑范圍在2.36~4.75 mm，同時相關工作人員綜合考慮到拌和操作，小于1.18 mm粒徑的橡膠顆粒在拌和過程中容易出現溶脹作用，回彈性能較低，在選擇過程中應避免該顆粒粒徑。

本工程最終選用1.18~2.36 mm，2.36~4.75 mm這兩種尺寸的橡膠顆粒粒徑，摻配替換比為2.8%、3.8%，同時明確油石比為5.9%、6.2%、6.5%、6.7%。相關工作人員開展馬歇爾試驗測定該混合料，獲得混合料孔隙率，明顯發現瀝青混合料孔隙率隨著瀝青用量的增加具有下降趨勢[3]。橡膠顆粒粒徑在2.36~4.75 mm，橡膠顆粒孔隙率為7%~8%，相對穩定，但是在橡膠顆粒粒徑為1.18~2.36 mm時，橡膠顆粒孔隙率約為4.5%。

4.3 優化設計

間斷級配設計方案能夠充分發揮粗集料和細集料之間的作用，呈現良好的骨架支撐效應，增強混合料的抗車轍性能。在該結構中，細集料、橡膠顆粒的粒徑相對較小，增強了混合料的密實性，同時骨架空隙的多余空間能夠為瀝青、橡膠顆粒提供由于遇熱溶脹出現體積增加的發展空間，形成較好的力學效應。本工程應用間斷級配設計方案，不斷優化橡膠瀝青混合料的配合比。

4.4 明確橡膠替換方案

相關人員綜合考慮集料、橡膠顆粒之間存在的差異性，在瀝青混合料中加入橡膠顆粒，替代原有集料，但是力學性能和集料不同，轉變了其內部力學效應。另外，集料密度和橡膠顆粒相比具有明顯差別，前者是后者密度的2倍以上。施工人員應用相同質量替換集料的方案，橡膠顆粒和等質量的集料體積相比較大[4]。因此，本工程施工人員應用主骨架空隙填充法，校正橡膠替換方案，經計算分析目標空隙率初擬值，同時結合瀝青、礦粉和橡膠顆粒等原材料的實際用量，獲得瀝青混合料的粗細集料質量占比，最后進行馬歇爾試驗獲得混合料中瀝青量。

5 計算摻配比

5.1 粗集料質量摻配比

本工程的橡膠瀝青混合料選用間斷級配，去除集料粒徑范圍為2.36~4.75 mm。相關工作人員計算獲得4.75~9.6 mm及9.6~13.2 mm粒徑區間的粗集料配比，獲得橡膠瀝青混合料的骨架密實結構，明確粗集料質量摻配比，即在4.75~9.6 mm粒徑區間的粗集料占比37%，在9.6~13.2 mm粒徑區間的粗集料占比63%，該混合料的孔隙率呈現出最小值為36.88%。

5.2 明確材料配比、最佳石油化

本工程初步擬定礦粉、瀝青和橡膠顆粒摻配比例分別為9.5%、6.5%、2.8%，目標孔隙率為4%。工作人員結合CAVF法設計理論，計算出原材料摻配比例，如油石比6.5%、礦粉9.5%、細集料8.2%、橡膠顆粒2.8%、4.75~9.6 mm粗集料29.3%、9.6~13.2 mm粗集料47.9%。另外，本工程相關工作人員以2.8%摻配比的橡膠顆粒瀝青混合料為基礎，應用馬歇爾分別測定和計算不同石油比，獲得結果見表2，進而明確橡膠瀝青混合料最佳石油比，最佳瀝青用量為6.5%，在測驗過程中相關指標均在標準范圍之內[5]。

表2 馬歇爾試驗結果

6 路面性能分析及檢測

6.1 分析

6.1.1 穩定性

橡膠瀝青路面具有較強的高溫穩定性能，主要是間斷級配提供了良好的嵌擠效果，并且橡膠瀝青自身具有較高的黏結性和回彈性。橡膠瀝青路面在車輛反復荷載的影響下，具有優良的微彈性恢復能力，同時對礦料具有良好的整體膠結效果，進而使橡膠瀝青路面體系更加穩固，將集中荷載轉變為均布荷載，并且隨著荷載距離的擴散逐漸減小應力，形成總變形量減小，抗變形強度模量大的力學性能。橡膠瀝青是基質瀝青摻入相應比例膠粉，攪拌均勻形成的改性瀝青，在軟化點、延度和針入度的指標上具有良好的表現，體現出該材料具有低溫度敏感性、常溫硬度、材料韌性，對提高路面高溫穩定性作用顯著。

6.1.2 低溫抗裂性

橡膠瀝青中橡膠顆粒均勻分布，該材料的路面依靠膠粉顆粒的阻裂作用促進其和常規瀝青路面相比低溫抗裂性能較高，能夠有效防止來自基層的反射裂縫，同時能夠高效分化由于上部荷載作用產生的擴散裂縫。當前我國室內試驗主要采用小梁低溫彎曲試驗針對橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性能進行綜合評價，在試驗開展過程中能夠高效模擬低溫條件下路面受荷載影響的開裂現象，結合加載過程、小梁試件的撓度變形持續增加的規律，詳細分析橡膠瀝青材料對其混合料抗裂性能的促進效果。

6.2 檢測

6.2.1 檢測構造深度

本工程工作人員主要選用鋪砂法檢測橡膠瀝青路面構造深度，在周期性觀測過程中，本工程橡膠瀝青路面構造深度檢測值全面符合國家和行業使用標準，同時間斷級配和連續級配橡膠瀝青路面的表面紋理構造相比效果更佳，主要由于間斷級配礦料生成優良的骨架嵌擠結構。兩種路面在行車荷載的影響下，石料表面存在一定的瀝青膜脫落情況，但是連續級配橡膠瀝青路面更加嚴重，充分表明其瀝青和礦料之間黏結性較差，造成該種路面構造深度呈現出小幅度增加現象。

6.2.2 噪聲檢測

本工程工作人員開展輪胎路面噪聲檢測試驗過程中采用隨車聲強法，綜合評價不同路面類型的降噪性能，可以發現：

1）車速持續增加的情況下，相同路面的輪胎立面噪聲的A計權聲強度持續增加，當車速每增加20 km/h時，噪聲值平均增加3 dB。

2）保持車速相同時，間斷級配橡膠瀝青路面噪聲值最低。

3）多種路面類型的噪聲檢測過程中，連續級配路面的噪聲水平相對較明顯，間斷級配路面噪聲水平和AC路面相比較弱，詳細分析其噪聲頻程頻譜曲線發現其能夠減弱處于人耳敏感區域噪聲尖峰，主要因為間斷級配橡膠瀝青路面表面紋理相對較豐富，能夠吸收輪胎和路面之間形成的泵吸噪聲。

7 結語

橡膠瀝青混凝土路面配合比設計方面需要進一步改進和完善，需要相關人員詳細分析橡膠瀝青混合料的特征，深入研究其配合比優化設計，采用等體積替換法重新設計其配合比，之后應用馬歇爾試驗獲得混合料最佳瀝青量，全面提高其路用性能。