稳定型橡胶沥青厂拌热再生混合料性能研究

曹艳霞 谢天赐 曹果

摘要：文章将基础研究与工程应用相结合，以稳定型橡胶沥青及橡胶沥青再生混合料的路用性能研究为切入点，以再生沥青路面的结构设计与长期性能验证为落脚点，融合理论分析、试验手段，在厂拌热再生的基础上，充分考虑稳定型橡胶沥青的特点，围绕稳定型橡胶常规物理特性及路用性能开展广泛的胶结料试验。

关键词：稳定型橡胶沥青;热再生;性能研究

沥青路面回收料（RAP）的循环再生利用是发展绿色交通、推进资源集约利用的重要举措之一[1]。沥青路面厂拌热再生技术，是根据再生路面的设计要求，根据再生旧料预处理后的技术特点，按照沥青混合料的合成级配和新矿物的数量，将一定比例的沥青和添加剂加入再生沥青混合料中热拌、摊铺和碾压的再生沥青路面技术[2]。传统的热再生沥青路面的长期性能较差，聚合物改性剂的使用影响了厂拌热再生的经济效益，限制了该技术的广泛采用。将废旧轮胎粉碎成橡胶粉制备成橡胶沥青用于道路建设已经引起了广泛关注，并成为处理大量旧轮胎的最有效方法之一。当前国内外学者专家将橡胶沥青与再生技术的复合应用进行研究，以获得更为优异的再生沥青混合料性能[3]～[4]。

稳定型橡胶沥青常规物理特性

在橡胶沥青中掺入特有的矿物活性成分制备成稳定型橡胶沥青，能有效改善传统橡胶沥青的储存稳定性和抗离析性。为研究稳定型橡胶沥青的特性，本项目通过实验研究方法，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011），选用现代化工厂集中生产的稳定型橡胶沥青，研究其物理特性，并将其与70#道路石油沥青、SBS改性沥青及橡胶沥青进行对比，得到不同沥青的检测结果见表1。

由表1可知，稳定型橡胶沥青与SBS改性沥青物理性质相对接近，稳定型橡胶沥青针入度、软化点、弹性恢复能力略高于后者，延度要明显低于改性沥青，但比橡胶沥青要高出约1倍。另外，稳定型橡胶沥青的黏度显著低于橡胶沥青，这主要是由于稳定型橡胶沥青经过工厂化生产后胶粉与沥青之间反应更加充分，加快了橡胶的脱硫与降解，导致胶粉三维网络结构崩解，分子量下降，综合导致橡胶沥青针入度变大、黏度下降，使得稳定型橡胶沥青的施工和易性大幅优于橡胶沥青[1]。

稳定型橡胶沥青再生混合料配合比设计

（1）试验原材料分析

试验所用RAP料从某高速公路上面层铣刨获得，原路面上面层为 4 cm AC-13，采用 SBS 改性沥青。所用的新料中，粗、细集料均为花岗岩集料，按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）要求对集料性能进行了测试，试验结果如表2和表3所示。结果表明，粗、细集料各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中高速公路及一级公路表面层沥青混合料用粗、细集料的质量技术要求。

技术指标单位试验结果技术要求试验方法表观相对密度—2.670≧2.5T0328砂当量%68≧60T0334

（2）级配

本试验选用的级配类型为AC-13C，矿料级配设计结果见表4。

最佳油石比

选用 5 个水平的RAP掺量 c：0%、20%、30%、40%、50%，采用4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%的油石比 Pa，并采用表 4 中 AC-13C 级配进行马歇尔试验和配合比设计。其中，每组有效试件不少于 4 个。得到不同RAP摻量再生沥青混合料马歇尔试验结果如表5所示。由表5可知，随着RAP掺量的增加，再生混合料的最佳油石比逐渐下降，各掺量下再生混合料在其最佳油石比下的马歇尔试验结果均符合规范要求

稳定型橡胶沥青再生混合料路用性能试验

通过在最佳油石比下，对不同RAP掺量c：0%、20%、30%、40%、50%的稳定型橡胶沥青混再生混合料进行浸水马歇尔、冻融劈裂、车辙、小梁弯曲等试验，分析RAP掺量对橡胶沥青混再生合料水稳定性能、高温稳定性能、低温抗裂性能的影响。

（1）水稳定性

采用冻融劈裂试验模拟潮湿地区来评定稳定型橡胶沥青混再生混合料的水稳定性能。试验过程参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）。冻融劈裂试验是通过测定沥青混合料试件在受到水损坏前后的劈裂破坏强度比来评价沥青混合料的水稳定性。试验通过在最佳油石比下，对不同RAP掺量0%、20%、30%、40%、50%的五组再生沥青混合料按标准成型马歇尔试件，正反两面各击实 50 次。冻融劈裂强度比TSR试验结果见图1。总体来说，橡胶沥青胶结料具有较好的水稳定性，随着RAP掺量的增加，水稳定性由下降趋势变为上升，主要原因是充分加热的RAP料中老化的SBS改性沥青对集料有良好的包裹性，能较好地保护沥青层内部。

（2）高温稳定性

采用车辙试验来评价稳定型橡胶沥青混再生混合料的高温稳定性。试验采用不同RAP掺量0%、20%、30%、40%、50%的五组再生沥青混合料在其最佳油石比下制备车辙试件，试件尺寸为300mm×300mm×50mm。试验前，先将试块与试模一同在60℃环境中预热6h左右。试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的相关规定具体操作。试验结果如图1所示。由图1可知，提高RAP掺量可显著提升再生混合料的高温稳定性。主要原因在于，橡胶沥青胶结料本身具有良好的高温稳定性，加上RAP旧料中老化的SBS改性沥青，因此随着RAP掺量增加，沥青总质量占比增加，从而有利于提高高温稳定性。

（3）低温抗裂性

采用低温小梁弯曲试验来评价再生沥青混合料的低温抗裂性，并分析RAP对沥青混合料低温抗裂性的影响。试验先按标准制备不同RAP掺量0%、20%、30%、40%、50%的五组再生沥青混合料在其最佳油石比下的车辙试件，每组一块试件，然后将其切成尺寸为 250mm×30mm×35mm 的小梁，试验前，先将小梁置于温度为-10℃的温湿度试验箱中不少于3h，使试件内部温度达到要求的试验温度。试验采用三点加载法，跨径为 200mm，加载速率为 50mm/min。由试验结果图3可知，随着RAP掺量提高，再生混合料的抗弯拉强度逐渐提高，最大弯拉应变下降，说明RAP掺量的增加，使得再生混合料的强度增大、硬度提高，但总体来说，具有较好的低温抗裂性。

结语

稳定型橡胶沥青常规物理特性在针入度、软化点和弹性恢复等指标方面接近于SBS改性沥青，延度虽然相较于SBS改性沥青有所下降，但明显优于传统橡胶沥青，且黏度较传统橡胶沥青更低，具有更好的施工和易性。

随着RAP掺量的增加，再生混合料的最佳油石比逐渐下降，各掺量下再生混合料在其最佳油石比下的马歇尔试验结果均符合规范要求。

（3）随着RAP掺量的增加，稳定型橡胶沥青再生混合料高温稳定性、水稳定性、抗弯拉强度呈增大趋势，极限弯拉应变降低，表明逐渐增加RAP掺量，使得再生混合料强度、刚度提高，但脆性也随之增大。

参考文献

程其瑜，祝谭雍，黄晓明，马涛.稳定型橡胶沥青厂拌热再生混合料性能研究[J].公路工程，2019，44（03）：54-60.

程其瑜，仰建岗，祝谭雍.厂拌热再生沥青混合料中RAP掺量对马歇尔指标的影响分析[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（07）：83-86.

董桢. 稳定型橡胶沥青与热再生技术复合应用研究[D].东南大学，2018.

吴晓霞.高比例RAP掺量橡胶热再生混合料路用性能与改性机理研究[J].公路工程，2016，41（04）：118-123.

基金项目：本文系2019年湖南省教育厅资助科研项目“稳定型橡胶沥青厂拌热再生混合料性能研究”（项目编号：19C0690）成果之一。

通信作者：曹艳霞，硕士，讲师，从事道路与铁道工程、建筑工程的教学和科研研究

第二作者：谢天赐，湖南交通工程学院土木工程专业在读本科生;

第三作者：曹果，硕士，讲师，从事建筑工程教学与科研工作;