不同油石比的橡胶沥青混合料动态模量测试分析

王 刚

（甘肃路桥公路投资有限公司，甘肃 兰州 730030）

随着科技的进步，社会的发展，环境问题越显严重，众多国内外专家学者考虑到废旧轮胎的回收利用，对改性橡胶沥青和与之相应的一些应用技术做了大量的研究[1-2]。TIMM等采用现场试验路段进行改性沥青的相关性能试验，试验结果显示，改性沥青在提高混合料抗车辙路用性能方面有显著成效[3]；ZHU等通过三轴试验数据发现，随着混合料中油石比的增加，其抗剪性能随着减小[4]；国内的一些专家学者分别在沥青混合料的集料、沥青混合料的级配以及沥青混合料的油石比等方面对沥青混合料稳定性能的干扰研究都颇有建树[5-8]。

综上所述的国内外研究成果发现，当前国内外学者对改性沥青混合料中的油石比的重要性作用研究成果较少，结合考虑到混合料中的集料级配及沥青混合料中沥青的最佳油石比是沥青混合料中最重要的一部分在目标配合比设计时，故为了确保试验中混合料中的沥青达到最佳油石比并且符合相关试验规范和现场施工要求，在满足上述前提的基础上，为了使沥青的稳定度和密度曲线出现明显的波峰，本试验所用油石比在保障沥青的饱和度满足规范要求区间的同时，也要满足油石比区间包涵沥青混合料中设计规范要求的设计空隙率的所有区间。如若没有满足要求，则需相应的加大沥青用量区间重新开始试验。因此，本文通过单轴静载压缩试验、应力应变试验、车辙试验细化的验证不同油石比的橡胶沥青混合料对其动态模量的影响。

1 试验简介

1.1 原材料及级配

试验中所设计到的废胎胶粉由酒泉某单位生产提供，胶粉颗粒大小为40目，所采用的沥青原料为SK-90#，胶粉改性沥青试验温度设置成180℃～190℃，满足上述要求下高速搅匀拌和60min制成胶粉改性沥青，经试验各项技术指标均符合温区技术要求，见表1。

表1 橡胶沥青相关技术性指标表

本试验中沥青混合料使用的集料为玄武岩，并将集料分3个档，分别为10～15mm和5～10mm的粗集料、0～3mm的细集料；矿粉选用石灰岩矿粉。其中沥青混合料中矿料级配设计采用SMA-13级配的设计规格来实施，且将混合料中4.75mm的通过率保持在24%～38%。表2为沥青混合料中不同集料、矿粉、及级配范围的统计表。见表2。

表2 集料及矿料级配分布表

1.2 试验方法

通过单轴静载压缩试验、应力应变试验、车辙试验对不同油石比的橡胶沥青混合料动态模量做试验比对，分析两种不同油石比（油石比6.4%、油石比6.7%）下混合料成型试件的抗压回弹模量、混合料成型试件的静态模量、混合料成型试件的破坏应力以及混合料的动稳定度随沥青混合料中油石比的变化情况。

2 试验结果与分析

2.1 静态模量试验

2.1.1 橡胶沥青混合料抗压回弹模量及应变-应力随温度的变化

不同油石比下的沥青混合料的抗压回弹模量及应力-应变结果见表3、如图1及图2所示。

表3 各沥青混合料应变-应力及抗压回弹模量对比

图1 抗压回弹模量与温度的变化曲线图

图2 应变-应力斜率与温度的变化曲线图

从表3、图1及图2中可以观察得到：随着混合料中油石比的增加，回归方程的曲线斜率变大，沥青混合料的抗压回弹模量减小。当混合料中的试验温度为30℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%应变-应力比值和抗压回弹模量分别增加3.4%以及减少3.7%；当混合料中的试验温度为40℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%应变-应力比值和抗压回弹模量分别增加5.0%以及减少3.0%；当混合料中的试验温度为50℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%应变-应力比值和抗压回弹模量分别增加8.8%以及减少6.0%。

上述实验数据说明：当沥青混合料中沥青油石比为6.7%时，抗压回弹模量及应变相较油石比6.4%有明显下降状态，故说明此时油石比已超过最佳油石比。

2.1.2 橡胶沥青混合料静态模量随温度的变化

不同油石比下的沥青混合料的静态模量结果见表4、如图3、图4及图5所示。

表4 不同温度下沥青混合料静态模量统计表

图3 30℃不同油石比沥青混合料应力-模量

图4 40℃不同油石比沥青混合料应力-模量

图5 50℃不同油石比沥青混合料应力-模量

从表4、图3、图4及图5中可以观察得到：随着沥青混合料中油石比的增加，其静态模量呈现减小趋势。当沥青混合料中的试验温度为30℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的静态模量回归方程曲线的斜率减少9.2%；当沥青混合料中的试验温度为40℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的静态模量回归方程曲线的斜率减少3.5%；当沥青混合料中的试验温度为50℃时，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的静态模量回归方程曲线的斜率减少23.4%。

上述试验数据说明：在试验中，当沥青混合料中沥青含量过分增加后，导致混合料中自由流动的沥青含量过多，这部分超量的沥青就会在混合料中四处游走，使其各矿料之间的间距增大，导致各集料、矿料之间的黏聚力降低，进而导致静态模量降低，最终导致成型试件的强度降低。故为确保沥青混合料有很好的稳定性能，在进行油石比验证时，使其尽量保证在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

2.2 应力应变试验

应力-应变试验选用的是以2mm/min均匀加载速率的压力机，试验时，将沥青混合料中油石比分别为6.4%、6.7%的试件放置在仪器上面，启动压力机，分别观察不同油石比下荷载最大值和应变最大值，并记录其数据。数据见表5、如图6及图7所示。

表5 各沥青混合料破坏荷载对比

图6 沥青混合料破坏应力随油石比的变化

图6中可以观察得出：随着沥青混合料试件的破坏最大值随油石比的增大而减小，且随之减小的包括沥青混合料试件的抗拉强度。与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的试件破坏最大值减少2.8%。

上述试验数据说明：当沥青混合料中的沥青油石比为6.7%时，其已超过混合的中标定的最佳油石比。当混合料中的油石比处于最佳时，其形成的试件破坏荷载值和抗拉强度值达到最大值。

图7 不同石油比下应力-应变曲线变化图

表5及图7中可以观察得出：随着沥青混合料的应变的增大，应力变化为先上升然后下降的状态。当应变在0-3.5的范围内时，油石比6.4%的应力变化与油石比6.7%的应力变化不明显；当应变在3.5-6的范围内时，油石比6.7%的应力增加大于油石比6.4%，且其首先达到应力峰值，随后随着应变的增大，应力呈下降状态；当应变在3.5-8.5的范围内时，油石比6.4%的应力随应变的增大而增大，在应变值为8.5时，达到应力峰值。

上述试验数据说明：随着沥青混合料中油石比的增大，油石比6.7%沥青混合料形成的试件的最大应变值相较油石比6.4%的应变值前移，且最大应力值减小。故表明为使沥青混合料试件含有较高的稳定性能，其油石比必须保持为最佳油石比。

2.3 车辙试验

本试验中的橡胶沥青是由SK-90#基质沥青和酒泉产地的胶粉加工而成，油石比则沿用前文所选用的油石比6.4%、6.7%。车辙试验数据结果见表6。

表6 车辙试验对比表

表6中可以观察得出：随着沥青混合料中油石比的增加，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的45min中内的变形量增加5.6%，60min中内的变形量增加5.7%，其总体呈增长趋势；随着沥青混合料中油石比的增加，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的动稳定度减少8.1%。

上述试验数据说明：当沥青混合料中沥青含量过分增加后，导致混合料中自由流动的沥青含量过多，这部分超量的沥青就会在混合料中四处游走，使其各矿料之间的间距增大，导致各集料、矿料之间的黏聚力降低，最终使沥青混合料形成试件的抗车辙能力减小，增大永久变形。

3 结论

通过对不同油石比的橡胶沥青混合料进行了单轴静载压缩试验、应力应变试验以及车辙试验研究，由试验数据及理论分析，得出以下结论：

1)随着混合料中油石比的增加，回归方程的曲线斜率变大，沥青混合料的抗压回弹模量减小。当沥青混合料中沥青油石比为6.7%时，抗压回弹模量及应变相较油石比6.4%有明显下降状态，故说明此时油石比已超过最佳油石比。

2)随着温度的升高，与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的静态模量回归方程曲线的斜率下降趋势经历了由9.2%到3.5%，然后上升到23.4%的过程。其主要原因是当沥青混合料中沥青含量过分增加后，导致混合料中自由流动的沥青含量过多，这部分超量的沥青就会在混合料中四处游走，使其各矿料之间的间距增大，导致各集料、矿料之间的黏聚力降低，进而导致静态模量降低，最终导致成型试件的强度降低。故为确保沥青混合料有很好的稳定性能，在进行油石比验证时，使其尽量保证在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

3)随着沥青混合料试件的破坏最大值随油石比的增大而减小，且随之减小的包括沥青混合料试件的抗拉强度。与沥青油石比6.4%沥青混合料相比，油石比6.7%时的试件破坏最大值减少2.8%。当沥青混合料中的沥青油石比为6.7%时，其已超过混合的中标定的最佳油石比。当混合料中的油石比处于最佳时，其形成的试件破坏荷载值和抗拉强度值达到最大值。

4)随着沥青混合料的应变的增大，应力呈现出先上升后下降的趋势。随着沥青混合料中油石比的增大，油石比6.7%沥青混合料形成的试件的最大应变值相较油石比6.4%的应变值前移，且最大应力值减小。故表明为使沥青混合料试件含有较高的稳定性能，其油石比必须保持为最佳油石比。