新型橡胶沥青在娄新高速公路中的应用研究

龚 啸，赵昌清，龙曙东

(湖南省娄新高速公路建设开发有限公司，湖南娄底 417000)

1 橡胶沥青的应用现状

根据ASTM的定义，橡胶沥青是“沥青、回收轮胎橡胶和某些添加剂混合而成的胶合料，橡胶成分最少占到总量的15%，并且与热沥青充分反应，橡胶颗粒产生融胀。从而达到提高沥青的高温稳定性和低温柔性，增加沥青与矿料的粘附性、提高沥青混合料路面防滑性和耐磨性的作用。

从上个世纪20年代发展至今，橡胶沥青使用废轮胎胶粉改性沥青及沥青混合料技术分为两大类:即“干法”和“湿法”。“干法”(dry process)是在沥青混合料生产时，直接将胶粉投入到沥青混合料拌合锅中，制成胶粉改性沥青混合料;“湿法”(wet process)是将胶粉在较高的温度下加入到热沥青中，通过快速搅拌等工艺和助剂材料，制备为成品的胶粉改性沥青，然后与矿物混合制得混合料。研究表明，干法中胶粉主要起到填充作用，与沥青相互作用不充分，改性效果较差;相对而言，湿法所制得的胶粉改性沥青性能更好。

娄新高速公里起点至茶园互通段(k0+900～k9+400)为利用原潭邵高速公路娄底连接线路段，原路面为水泥混凝土路面。平面、纵断面及横断面设计均较老路进行了不同程度的调整，存在路基拼接(高填方)、旧水泥混凝土路面改造为沥青路面等技术问题，对后期路面使用性能是一种不利因素。基于此，本项目在该路段路面中、上面层采用了新型橡胶沥青混凝土，同时在基层顶面设置一层橡胶沥青应力吸收层。

新型橡胶沥青是沿着改性沥青的思路来考虑的，将橡胶屑能像类似SBR、SBS的橡胶类改性剂那样完全融溶在基质沥青中，以便更好地吸收橡胶屑中的高分子聚合物来改善沥青性能。因此在该路段采用橡胶沥青混凝土和橡胶沥青应力吸收层以达到一定程度能够提高路面抗裂性能的目的。

2 新型橡胶沥青室内试验情况

通过对新型橡胶沥青室内一系列试验分析，研究了新型橡胶沥青的贮存稳定性、配合比设计及各项路用性能。

2.1 新型橡胶改性沥青贮存稳定性

中面层橡胶沥青的基质沥青采用国产高富道路石油沥青，上面层橡胶沥青的基质沥青采用进口韩国SK沥青，两种基质沥青经改性后的橡胶沥青技术指标实测结果见表1及表2，为考察橡胶沥青长期贮存稳定性，对橡胶沥青进行高温加热贮存1～7 d后各项指标进行了检测。

橡胶粉属高分子聚合物，与沥青的分子结构形态、链的长短和极性等较为相似，所以两者有很好的相容性，两者可在沥青中形成一种共轭结构、调节和改进沥青的结构力学。相溶后，胶粉固体颗粒呈交联网状结构，耐热性和热稳定性较好，表现为针入度降低，软化点升高。

表1 中面层橡胶沥青技术指标实测值(国产高富基质沥青)

表2 上面层橡胶沥青技术指标实测值(进口SK基质沥青)

由表1及表2可以看出，两种橡胶沥青经过高温贮存7 d后，大部分指标仍然满足技术指标要求，中面层橡胶沥青贮存4 d后针入度略低于要求值，上面层橡胶沥青贮存6 d后针入度略低于要求值，其他指标均能满足要求。因此建议对于工厂化集中生产的橡胶沥青，贮存时间不宜超过5 d。

2.2 新型橡胶沥青混合料配合比设计

本项目结合美国Arizona Test Method 815及前期关于间断级配橡胶沥青混凝土(AR-AC13)的研究成果及施工经验，并在吸收SMA间断型级配思想的基础上，针对橡胶沥青特性，提出了应采用骨架嵌挤间断型密实级配。

与传统橡胶沥青混合料必须采用间断级配不同的是，新型橡胶沥青混合料ARAC—13及ARAC—20可采用连续式密级配，本项目采用连续式密级配，矿料级配范围见表3，级配范围曲线见图1。

表3 新型橡胶沥青混合料工程设计级配范围

因为橡胶沥青中含有15%以上的橡胶粉，其中胶粉细度从20目到80目不等，相对于常规的改性剂(如SBS、SBR等)，橡胶粉颗粒较大，从而在宏观上会影响沥青混合料中矿料的嵌挤状态。

为适应橡胶沥青的这一特性，本项目混合料设计时采用间断级配形式，同时增大橡胶沥青用量(7% ～10%)，减少细集料或矿粉的用量，增大矿料间隙率VMA，为橡胶沥青提供更大的填充空间，避免胶粉颗粒对集料嵌挤形成干涉作用。

2.3 室内性能试验验证情况

通过室内浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验以及低温小梁弯曲试验对上面层ARAC—13和中面层ARAC—20橡胶沥青混合料水稳定性能、高温稳定性能以及低温抗裂性能进行室内试验验证，同时与SBS改性沥青混合料AC—20S各项性能进行对比，试验结果见表4～表7。

直观起见，将以上数据绘制成柱状图，见图2～图5。

图1 新型橡胶沥青混合料工程设计级配曲线

表4 浸水马歇尔试验结果

表5 冻融劈裂试验结果

表6 车辙试验结果

表7 －10℃小梁弯曲试验结果

图2 三种混合料残留稳定度柱状图

图3 三种混合料冻融劈裂比柱状图

图4 三种混合料动稳定度柱状图

图5 三种混合料极限破坏应变柱状图

由以上图表可以直观看出，橡胶沥青混合料各项性能均能满足相关施工指导意见要求，与SBS改性沥青混合料 AC—20S相比，ARAC—13和ARAC—20的水稳定性略低，但动稳定度和极限破坏应变均较大。说明橡胶沥青混合料具有比SBS改性沥青混合料更优的高温抗车辙性能和低温抗裂性能。

3 结语

本文在充分调研国内外胶粉改性沥青研究成果和技术水平的基础上，研究更加科学的橡胶沥青制备方法、路用性能特点等方面内容，使得胶粉改性沥青性能更稳定，更易施工，从而进一步推广应用胶粉改性沥青，提高胶粉改性沥青路面的使用性能和耐久性，延长其使用寿命。

另外，胶粉改性沥青路面具有可观的经济效益，具有独特的环境效益和社会效益，主要表现在大量消耗废旧轮胎，缓解“黑色污染”的压力，实现了能源综合利用，降低了路面行车噪及增强行驶安全性等方面。废旧轮胎的综合利用以及环保型低噪声路面将是未来环境领域交通领域发展的重要方向之一。

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