路用橡胶改性沥青混合料配比试验及检测分析

2021-10-09闵捷

设备管理与维修 2021年16期

闵捷

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

0 引言

近年来，由于汽车数量的增加，大量的废旧橡胶轮胎随之产生，在对其处理和再利用方面，国内外众多学者作了许多有益的尝试[1-2]。研究将一定比例的橡胶粉和SBS 掺加到基质沥青中制备WRAC-13 湿拌法橡胶改性沥青混合料。由于影响沥青路面破损的因素很多，其中沥青混合料油石比和空隙率对沥青路面性能影响很大，而在压实力和矿料级配相同的前提下，空隙率大小很大程度上取决于油石比[3]。因此，如何综合考虑沥青混合料的路用性能，合理确定最佳油石比，对于减轻沥青路面损坏，延长公路使用寿命具有重要意义。

1 油石比配比试验

1.1 原材料

采用的矿料包括2 种粗集料、1 种细集料，橡胶改性沥青由30～40 目橡胶粉、SBS 与70 号道路石油沥青掺配而成。其试验结果及技术要求见表1。

表1 橡胶改性沥青技术要求及试验结果

1.2 试验方法

研究选用油石比分别为5%、5.5%、6%、6.5%、7.0%的五组油石比进行疲劳试验，用以分析WRAC-13 橡胶沥青混合料油石比与疲劳寿命之间的关系。

1.3 试验结果与分析

WRAC-13 橡胶沥青混合料疲劳试验结果见表2。

表2 疲劳试验结果

疲劳试验数据计算如式（1）所示[4]：

式中：Pa为油石比；Nf为疲劳寿命；k1，k2，k3为相关系数。

根据式（1）对疲劳试验数据进行拟合，得到疲劳寿命Nf与油石比Pa的对数曲线如图1 所示。函数式为lgNf=-21.706（lgPa）2+34.35lgPa-9.556 2。

图1 疲劳寿命Nf 与油石比Pa 的对数曲线

由图1 可见，一定油石比范围内，橡胶沥青混合料的疲劳寿命随着油石比的增大而增加，但在疲劳寿命达到峰值后，随着油石比的增大反而降低。

基于疲劳性能与费用的相对关系，提出疲劳效益系数k，进行橡胶沥青用量的优化调整，使单位费用下橡胶沥青路面的疲劳性能达到最优。疲劳效益系数k 取为疲劳寿命对数与费用对数之商，如式（2）所示：

式中：A 为橡胶沥青路面的费用，包括初期建设费用A建设和后期养护费用A养护。

初期建设费用A建设又分为材料费用和生产施工费用。初期建设费A建设计算如式（3）所示。后期养护费用按初期建设费用的一定比例选取，如式（4）所示，其中α 为取值系数。

则疲劳效益系数k 的计算公式如式（5）所示。

式中：a石料为级配石料单价；a沥青为橡胶沥青单价。

以目前市场价格为准，橡胶沥青单价为4960 元/吨，石料单价为120 元/吨，橡胶沥青混合料的生产和施工费用为70 元/吨，α取0.2。将以上数据代入式（5），可计算出疲劳效益系数k 值，得到疲劳效益系数k 和油石比Pa的关系曲线如图2 所示。

图2 疲劳效益系数k 与油石比Pa 的关系曲线

由关系曲线可以得出，当油石比达到6%左右时，疲劳效益系数k 达到最大值，表明在油石比为6%左右时，橡胶沥青混合料疲劳寿命效益最高。因此，选择油石比为6.0%，进行混合料配比。

2 性能检测

2.1 水稳定性检测

相比普通改性沥青混合料，橡胶改性沥青混合料的水稳定性相对较好，可通过试验进行分析，所得结果为残留稳定度检验结果为95.6%，可满足规范要求>85%；冻融劈裂强度比检验结果为93.7%，可满足规范要求>5%；沥青和石料黏附性检验结果为7 级，可满足规范要求>5 级。由此可见，在最佳油石比条件下，橡胶改性沥青混合料水稳定性能良好。

2.2 抗车辙性能检测

为检验WRAC-13 型橡胶改性沥青混合料抗车辙性能，在60 ℃温度条件下进行试验，轮压为0.7 MPa。经试验分析可得，动稳定度检验结果为5800 次/mm，可满足规范要求>2800 次/mm；变异系数检验结果为8.3%，可满足规范要求<20%。由此可见，在最佳油石比条件下，橡胶改性沥青混合料的抗车辙性能良好。