胶粉粒径和用量在路用多孔沥青混合料中的应用

段志辉

对于橡胶粉粒在多孔路用沥青混合料中的配比试验是改进沥青质量的有效方法。本文将通过对试样的渗透系数、飞散损失，以及间接拉伸强度等指标进行对比，从而得出最佳的橡胶粉粒径和用量等指标要求，以增强路用沥青的性能。

在道路工程施工中，沥青是常见的材料。为了提升沥青的改性性能，对废旧轮胎等橡胶粉粒的试验研究较多，也在应用中获得了较好的性能指标。不同的拌和方法、与沥青的反应时间上、胶粉粒径及用量上等工艺上差异，对于多孔沥青混凝土的综合性能也有影响。从试验结果来看，多孔沥青混合料中加入适量的胶粉集料，不仅有利于路面排水，还能够减少路面交通噪音。特别是天然橡胶与改性沥青在密级配比中，其吸声效果更加显著。为此，本文将结合多孔沥青的性能特点，从橡胶粉粒的用量及粒径大小上，来研究其对沥青混合料的耐久性影响。

1 试验方法

试验材料的特性

在本试验中，所选集料采用破碎玄武岩作为试验粗集料和细集料，并采用石灰岩粉粒作为填料，其粗集料主要物理性能指标为：

依照我国升级配磨耗层混合料要求，选择的沥青材料为70#道路石油沥青，其性能满足以下要求：

对于本例中采用的橡胶粉，依照级配曲线要求，按照粒径大小分为三等，分别为：4-20 目；20-200 目；4-200目。对于纤维状橡胶颗粒更有助于增强多孔沥青路面的综合性能，减少沥青的析漏。

试验方法及要求

本试验分两个阶段来完成，一是通过试验来明确混合料的最佳沥青量；二是从多孔沥青混合料的性能优化上来探讨最佳的橡胶粉粒粒径及用量。在试验过程中，分别采用孔隙率试验、渗透系数试验、间接拉伸强度试验、飞散试验等方法，来确定沥青用量。对于多孔沥青混合料中掺加橡胶粉粒的性能试验，主要通过水稳定性试验来获得。具体方法如下，在对试样进行干法拌和时，通过将橡胶粉粒添加到集料中，拌和2min，使之均匀；将含有橡胶粉粒的集料与沥青胶结料进行拌和，两者都在相同的条件及温度下完成，按照标准马歇尔击实方法，对混合料进行击实50 次。对于孔隙率试验，为了确保混合料的渗透系数满足要求，采用蜡封法来对多孔沥青混合料进行密封，获得体积密度值。对于渗透系数的确定，采用排水路面结构最小的渗透系数即10～2cm/s。结合肯塔堡飞散试验要求，从混合料的抗散失及抗脱落性能上，使其飞散损失≥25%。在进行间接拉伸强度试验时，多采用热拌工艺方法，对劈裂强度指标进行测量，以作为混合料的抗拉强度值。也就是说，在评价沥青混合料的拉伸强度时，以IDT（间接拉伸强度）强度来表征多孔沥青混合料的强度指标值。为了测量多孔沥青混合料中对橡胶粉粒粒径及用量值的确定，需要从试样的分组对比测量中来获得，一组分为干燥条件下的对比；二组采用冻融条件下的试验。依照TSR（抗拉强度比）要求，需要满足冻融循环后第二组试件IDT 强度平均值与未冻融循环试件IDT 强度平均值的比值≥70%。

2 试验结果及讨论

通过对试验中各量值的记录和对比，综合各测量指标要求，对本试验中的渗透系数、孔隙率、间接拉伸强度、飞散损失等指标的分析来得出最佳沥青量。当采用最小渗透系数时，孔隙率为18%～24%，其目标孔隙率为10～2cm/s。当在干燥条件下（25℃）时，对于允许的最大飞散损失为25%，对于试验中沥青的用量范围为4%～6%。当试验中沥青用量逐渐增多时，由于渗透系数及孔隙率的减少，对沥青用量有最大值，即当沥青用量为5.5%时达到最值条件。当沥青用量达到7%时，由于飞散损失减少，而此时试验结果与沥青用量为6.5%时的结果具有相近性。因此可知，当沥青用量为6.5%时可以满足最大间接拉伸强度要求。

在研究本试验中橡胶粒粉对混合料性能的影响时，主要通过渗透系数的变化来确定。当橡胶粉粒粒径和用量发生变化时，其渗透系数值也发生变化，总的来看，对于橡胶粉粒用量来说，随着用量的增加渗透系数反而降低。试验结果表明，当橡胶粉粒用量在4-20 目时其渗透系数值最大，而对于橡胶粉粒粒径在20-200 目时，其用量为15%和20%时所得到渗透系数均值最小；当橡胶粉粒粒径在4-200 目时，其用量为20%时渗透系数值达到最小。由此可见，橡胶粒径较小时，其表面积增大，反而降低了渗透系数和混合料的孔隙率。在飞散损失试验中，对于橡胶粒径在20-200 目时，其飞散损失对比值，而对于不同粒径的橡胶粉粒，当其用量逐渐增加时，对于混合料的飞散损失值也会增加，当橡胶粉粒用量为10%时得到的飞散损失值最小。由此可见，对于橡胶粒径4-20 目与4-200目来说，其混合料的飞散损失值会随着用量的增加而减少，而当掺入量达到20%时，其飞散损失将达到最大值。该结果说明在橡胶粉粒沥青混合料中，较细的橡胶粉粒能够获得较为均匀的胶浆，来改善沥青混合料的强度。而较细的橡胶粉粒需要更多的沥青来裹覆，从而增加了沥青的膜厚度，降低了飞散损失值。

间接拉伸强度值是多孔沥青混合料的重要性能指标，本试验也是通过沥青膜的黏聚力分析来获得最佳的橡胶粉粒粒径和用量值。在本试验中，由于间接拉伸强度与飞散损失具有一致性表现，在添加橡胶粉粒时，对于间接拉伸强度也会出现降低趋势，对于4-20 目与4-200 目粉粒径要求来说，间接拉伸强度均低于其对比试样的强度值。可见，在粒径为4-20 目时，对橡胶粉粒用量为20%时得到最大的间接拉伸强度目标。与此相同的是，对于相同用量下橡胶粉粒量，当增加粉粒粒径时，其间接拉伸强度反而下降，由此可以解释为：当小粒径的橡胶粉粒与沥青进行胶结时，其黏聚力能够达到较强的强度要求；而对于粒径较大的橡胶粉粒，由于其与沥青膜接触面的减少，其黏聚力和间接拉伸强度值会降低，进而降低了多孔沥青混合料的整体性能。

通过对多孔沥青混合料水稳定性的分析，多孔沥青更易受到水的侵蚀，本试验采用TSR（间接拉伸强度比）来作为评价指标，通过对TSR 值的对比来判定其水稳定性。对于本试验中的TSR 值的测定结果为58%，其值低于规定的70%下限值要求，其结果表明：当橡胶粒径为20-200 目时，对于橡胶粉粒用量为10%时，TSR 值容易出现波动，但对于4-20 目和4-200 目橡胶粉粒粒径时，增加的橡胶粉粒用量无论是多少都达不到对比样值。当采用4-20 目橡胶粉粒粒径时，其用量为20%时TSR 值降幅最大，混合料的整体性能降低最明显。可见，对于小粒径橡胶粉粒来说，能够较好的提升多孔沥青混合料的综合性能，而大粒径的橡胶粉粒因黏聚力和间接拉伸强度不够而影响了混合料的性能。

3 结语及建议

通过对上述试验的分析与总结，我们可以得出如下结论和建议。一是对于混合料的渗透系数试验中，对于橡胶粉粒量的增加反而会降低渗透系数，相同粉粒用量下，粉粒粒径越小其渗透系数也越小；二是对于混合料的不同胶粉粒径来说，增加胶粉用量也会增加其飞散损失，当胶粉用量为10%上，其飞散损失最小，伴随着橡胶粉粒粒径的增大其飞散损失也会增加，其具有不连续性；对于间接拉伸强度值来说，随着橡胶粉粒用量的增加反而降低其间接拉伸强度，在用量相同的条件下，对于橡胶粉粒粒径的增加，其间接拉伸强度值会降低。对于间接拉伸强度比（TSR）来说其变化与IDT 具有相似性，并且对于橡胶粉粒的增加并不会提升混合料的水稳定性；对于20-200 目橡胶粒径条件下，其粒径颗粒能够具有较好的均匀性，可以增强沥青胶浆的强度性能，然而，对于橡胶粒径较大时反而增加了沥青的不连续性，导致沥青抗拉强度的降低；对于多孔路用沥青混合料来说，建议采用10%的20-200 目橡胶粒径，来增强混合料的整体稳定性能，而一旦橡胶粉粒用量高于10%或者橡胶粉粒粒径大于20-200 目都会减少混合料的性能。