橡胶沥青及沥青混合料性能研究

刘俊斌 关阳 熊敏

摘要：为探究橡胶沥青及沥青混合料的基本使用性能，基于加大容器法模拟储存条件，通过针人度、软化点、177℃旋转粘度及弹性恢复试验研究橡胶沥青的性能及储存稳定性，发现所制备的橡胶沥青7d储存稳定性较好，4种指标均满足江苏地标要求;通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验研究橡胶沥青混合料的使用性能，证明橡胶沥青混合料使用性能较为优异，且满足江苏地标要求。

关键词：橡胶沥青;混合料;性能试验

中图分类号：U416.217

文献标志码：A

0引言

近年来我国高速公路事业取得长足的进步与发展，而且中共中央、国务院颁布的《交通强国建设纲要》对高速公路的发展提出了更高的要求，其中“绿色发展节约集约、低碳环保”便是发展目标之一[1]。然而相关统计数据表明，我国汽车保有量增长，带来每年约3亿条废旧轮胎产生量且以8%-10%的速度递增，预计2020年这一数值将达2000万t/a[2]。废旧轮胎属于固体废弃物，具有较强的抗机械性，长期储存于露天环境，不仅占用大量土地面积而且容易滋生蚊虫、引发火灾，造成严重的环境污染与生命财产损失。

为解决废旧輪胎带来的“黑色污染”问题，道路科研工作者研发橡胶改性沥青技术，其将废旧轮胎重新加工成筑路材料橡胶粉，与基质沥青在高温条件下剪切混溶形成新型沥青胶结料，对比应用广泛的SBS改性沥青技术，可节省15%-20%的基质沥青，符合当前“绿色环保”的发展理念。J L Feiteira Dias[3]采用低温弯曲试验和车辙试验研究橡胶改性混合料路用性能，得到橡胶改性的混合料路用性能优异;Mena I Souliman[4]等人研究得到改性条件下混合料性能在高温、低温、水稳、疲劳方面更优，且橡胶改性沥青具有较高的性价比;Fontes，Liseane P.T.L[5]等人采用室内车辙试验对比橡胶沥青混合料和普通沥青混合料高温稳定性，研究发现掺入适量橡胶可有效提高混合料抗车辙能力;游金梅[6]等研究发现间断型橡胶沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性以及抗疲劳特性方面均优于连续型橡胶沥青混合料，但值得注意的是，连续型级配水稳性能更优。由此可以看出，橡胶沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、温度敏感性、抗疲劳特性等诸多性能较普通沥青混合料都有不同程度的提升。因此，本试验拟研究橡胶沥青及沥青混合料的使用性能，以期为实际工程提供借鉴与指导。

1原材料

1.1基质沥青

选用70号基质沥青，主要技术指标见表1所列。

1.2橡胶粉

选用30-80目橡胶粉，其主要技术指标见表2。

2橡胶沥青性能研究

本试验选用的基础配方为基质沥青：橡胶粉：促进剂：稳定剂=100：20： 2：0.4。促进剂、稳定剂均为公司特供材料。

制备工艺为：（1）将基质沥青加热至180℃;（2）加入胶粉、促进剂机械搅拌40min（转速500r/min）;在180℃下采用剪切机剪切15min（转速5000r/min）;（3）再加入稳定剂剪切5min;（4）剪切完成后，最后搅拌20min。

本试验选取工程常用的沥青针入度与软化点试验、旋转粘度、弹性恢复等试验方法对制备的橡胶沥青结合料进行高温性能、低温性能、弹性恢复性能等进行评价。同时考虑到由于橡胶沥青颗粒间相互作用较弱，储存过程中易造成离析现象，影响橡胶沥青的使用性能，为模拟室内实验室橡胶沥青实际储存条件，采用加大容器法，选用剪切沥青用1L容器，将橡胶沥青在常温条件下分别储存n（n=0，1，2，3，4，5，6，7）d，测试前先将沥青在180℃烘箱巾加热1h，再以500r/min速率机械搅拌10min，最后浇模测试性能，试验结果见表3所列、如图1-4所示。范》（DB 32/T 2286-2012]（以下简称“江苏地标”）确定橡胶沥青技术要求。

（1）随着储存天数的延长，沥青针入度不断增加，增长趋势先快后慢。储存前3d，橡胶沥青针入度增长9.4（0.1mm），而储存至7d时，针入度较第3d时仅增加5.6（0.1mm）。这可能是因为胶粉颗粒在高温反复加热下脱硫和裂解反应加剧而导致胶粉颗粒体积减小，削弱了胶粉颗粒间的分子作用，进而表现为针入度逐渐增加[7]。

（2）随着储存时间延长，橡胶沥青软化点先增大后减小，并在1d后达到峰值。究其原因在于橡胶沥青的发育时间为20min，储存1d后橡胶沥青的溶胀和相容作用达到较为稳定的状态，并在沥青中形成稳定的网状结构，从而改善沥青的高温性能，当储存时间继续延长时，沥青中游离的胶粉在重力作用下出现下浮，离析现象明显，因而表现为软化点下降。

（3）随着储存时间的延长，沥青177℃旋转粘度先上升后下降，储存1d时达到峰值。这可能是因为在初期胶粉一直吸附沥青巾的轻质油分而溶胀发育，宏观上表现为旋转黏度增大，1d后胶粉溶胀到一定程度，吸入轻质油分达到饱和状态，此时沥青的溶胀降解起主导作用，且呈现一定可逆性，故旋转粘度不断下降[8]。

（4）随着储存时间的延长，橡胶沥青弹性恢复逐渐下降。沥青储存至第7d时，其弹性恢复较初始状态下降3%，这是由于制备初期，橡胶粉吸收沥青中的轻质组分进行溶胀反应，形成网状结构物，增强了橡胶沥青的抗变形能力，后期随着储存天数的增加，游离的橡胶颗粒逐渐沉淀且橡胶沥青在高温作用下发生脱硫反应，削弱了分子间的作用力，柔韧性削弱，进而表现为弹性恢复小幅下降。

（5）制备的橡胶沥青针入度、软化点、177℃旋转粘度和弹性恢复指标满足江苏地标要求，并且7d储存稳定性较好。177℃旋转粘度值适中，比较利于混合料施工和易性。在实际施工时建议储存时间不超过3d。

3混合料性能研究

3.1配合比设计

试验采用玄武岩，且粗细集料全部逐级筛分，采用由石灰石磨细得到的矿粉作为填料，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）巾所处气候分区为1-3-2的高速公路、一级公路对表面层材料的质量要求。

采用江苏省地标推荐的断级配橡胶沥青混合料AR-AC13S的矿料级配，并取级配巾值作为工程试验级配，见表4所列。

参照施工技术规范与江苏地标，针对本试验级配选取4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%制备马歇试件，测试计算其稳定度MS、流值FL、空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、毛体积密度六项指标，见表5。通过马歇尔试验方法，测得混合料的最佳油石比为4.9%。

3.2混合料性能检验

基于前述橡胶沥青、混合料级配与最佳油石比，制备混合料进行60℃车辙试验、低温弯曲小梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果见表6。由此可知：设计的橡胶沥青混合料的高、低温性能和水稳定性较为优异，均满足江苏地标的要求。

試验结果由表6可知：设计的橡胶沥青混合料的高、低温性能和水稳定性较为优异，均满足江苏地标的要求。

4结论

随着我国交通事业发展迈上新的台阶，“绿色交通”成为新目标，橡胶沥青及橡胶沥青混合料应运而生且迅速成为研究热点之一。本试验基于加大容器法模拟实际储存条件对橡胶沥青性能进行测定，并通过室内试验探究沥青混合料的使用性能。结果发现橡胶沥青的7d储存稳定性较好，在储存1d后橡胶沥青的高温性能、黏度达到峰值而后下降，低温性能、弹性恢复能力均随着储存时间的延长而降低，建议橡胶沥青制备后储存时间不超过3d;并且橡胶沥青混合料表现出优异的使用性能。

参考文献：

[1]郑健龙，陈胜营，张劲泉，等.为建设交通强国努力奋斗——《交通强国建设纲要》专家谈[J].中国水运（上半月），2019（12）：6-9.

[2]环境保护部，发展改革委，工业和信息化部，等.黑色污染存巨大隐忧六部委联合整治废旧轮胎[J].橡塑技术与装备，2017（21）：63-64.

[3]Feiteira Dias J L，Picado-Santos L G，Capit O S D.Mechani-cal performance of dry process fine cmmb rubber a8phalt mix-tures placed on the Ponuguese road network[J].Construction&Building Materials，2014，73：247-254.

[4]Souliman M I，Mamlouk M，Eifert A.Cost-effectiveness ofRubber and PolVmer Modified Asphalt Mixtures as Related toSustainal）le Fatigue Performance[J].Procedia Engineering，2016，145：404-411.

[5]Fontes LPT L，TrichesG，Pais J C，et al.EvaluatingI）erma-nent deformation in asphalt rubber mixtures[J].Construction&Building Materials，2010，24（7）：1193-l200.

[6]游金梅.不同级配纤维橡胶沥青混合料路用性能研究[J].公路工程，2015，40（1）：217-220.

[7]任金兰，杨平文，张星宇.SBS复合改性橡胶沥青储存稳定性研究[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（11）：192一l93.

[8]汗水银，郭朝阳，彭锋.废胎胶粉沥青的改性机理[J].长安大学学报（自然科学版），2010，30（4）：34—38.

收稿日期：2020-06-08

作者简介：刘俊斌（1995-），男，汉族，山东荷泽人，硕士在读，主要研究方向：道路建养新技术。