TOR 温拌橡胶沥青混合料配合比设计研究

2013-07-16李绪永

山西建筑 2013年6期

李绪永

(山西诚达公路勘察设计有限公司，山西太原 030006)

0 引言

随着汽车工业的不断发展，汽车保有量不断增加，每年都会有大量的废旧轮胎产生，如何处理这些废旧轮胎已经成为我国一个很大的社会问题。近年来我国道路技术的不断进步，废旧轮胎制成的橡胶粉作为改性剂加入沥青制成橡胶沥青的技术越来越成熟，很大程度的减少了“黑色污染”。但是，通常道路施工都采用热拌技术，由于橡胶沥青粘度大，必须在更高的温度下拌和、摊铺。所以，它在处理废旧轮胎的同时，也会产生一些危害人体健康的气体。而温拌技术恰好可以降低橡胶沥青的粘度，从而降低橡胶沥青混合料的施工温度，符合我国节能减排的国策。

1 温拌橡胶沥青改性工艺

橡胶沥青采用SK-70号基质沥青，结合国内外研究成果采用了40目的橡胶粉，掺量为20%，外掺剂TOR的掺量为4.5%，按照以下工艺进行加工:

首先，将基质沥青化开，在110℃烘箱内将橡胶粉烘干，准备好规定用量的外掺剂TOR，分别称重;

其次，把基质沥青加热至170℃，加入橡胶粉，简单搅拌5 min，为了防止胶粉结团，将TOR与橡胶粉同时加入;

再次，当橡胶粉能比较均匀的分布在基质沥青中时，开始用高速剪切机进行剪切，同时保证剪切温度为180℃;

最后，剪切1 h后，橡胶沥青先在180℃环境发育2 h，然后进行相应试验，不得长时间搁置，以防止影响试验结果。

2 TOR对橡胶沥青性能的影响

通过试验分析，我们知道了TOR的加入可以有效降低橡胶沥青25℃针入度和177℃布氏旋转粘度，也可以提高软化点和延度，这就说明了TOR可以在降低橡胶沥青的出料温度前提下，提高沥青的高温性能，也就是在降低温度后依然没有降低橡胶沥青的高温性能，因此其作为温拌剂就有着很好的降温效果。

3 温拌橡胶沥青混合料目标配合比设计

3.1 初试级配选择

根据现行规范中SMA-13级配范围和橡胶沥青不易压实的特点，给出了建议级配上限和下限。并以4.75 mm作为关键筛孔，变化其通过率，分别选用了20%，25%，30%的通过率，确定了3条初试级配，见表1及图1。

表1 初试建议级配

图1 初试级配曲线

根据传统SMA经验并结合橡胶沥青的性质，以6.5%作为初试油石比成型试件，成型好的马歇尔试件测试其毛体积密度，计算得出的体积指标见表2。

表2 各初试级配体积指标 %

参照SMA混合料设计空隙率，由于橡胶改性沥青不同于一般沥青，橡胶粉在混合料中的填充作用，不易压实，可以适当提高空间容纳胶粉，减少碾压弹性，因此本课题的SMA橡胶沥青混合料空隙率设定为4.5%。

橡胶沥青SMA是间断级配，粗集料应为石—石接触，形成骨架结构。为了检验是否形成骨架结构，规范要求检验VCADRC≥VCAmix。

由表2中的试验结果可知，级配1中VCADRC＜VCAmix，说明粗集料的骨架结构被撑开，级配2和级配3都满足规范要求，形成了骨架结构。但级配3的空隙率较小，VMA，VFA没有达到规范的要求，若想达到目标空隙率，还要进一步减少油石比以增大空隙率，而过低的用油量会对沥青混合料的低温性能造成不利影响。综上所述，选择了级配2作为设计级配。

3.2 最佳沥青用量确定

按照确定的级配2，选择3个油石比分别为7.0%，7.4%，7.8%进行马歇尔试验，试验结果见表3。

表3 不同油石比下的体积指标 %

根据目标空隙率4.5%，确定设计最佳沥青用量为7.4%。而普通SMA的最佳油石比只有6%，这是由于胶粉在橡胶沥青中占了很大的比例，但橡胶沥青较高的油石比对提高其路用性能带来了很好的帮助。

3.3 压实温度与体积指标的关系

为了确定混合料的拌和、摊铺和碾压温度，在试验室进行了不同试验温度的马歇尔试验，根据体积参数，选择合适的温度。试验采用前文的级配与沥青用量，结果见表4。

表4 不同温度下橡胶沥青混合料的体积指标

由这个试验结果可以看出，随着成型温度的升高，空隙率、VMA都随之减小，这是由于温度升高，混合料的塑性增大的缘故;而随着成型的温度升高，毛体积密度、VFA、稳定度也随之增大，这是由于空隙率变小后造成的。根据目标空隙率4.5，最后确定出的压实温度为155℃，与普通橡胶相比降低了25℃，很好的达到了降温效果。

3.4 路用性能检验分析

温拌橡胶沥青混合料在155℃成型后进行了检验及橡胶沥青SMA-13的路用性能检验，结果见表5。

表5 橡胶沥青SMA路用性能检验结果

通过表5可以看出，温拌橡胶沥青SMA的动稳定度不但大于规范所规定的大于3 000次/mm，而且还大于普通橡胶沥青SMA的动稳定度;温拌橡胶沥青的破坏应变达到了3 745 με;虽然温拌橡胶沥青SMA的残留稳定度和冻融劈裂残留强度比不及普通橡胶沥青SMA，但也达到了规范的要求。综上所述，温拌橡胶沥青混合料完全可以在降低温度的情况下满足实际需要。