橡胶改性沥青在高速公路路面中的应用

2021-12-30李继足

辽宁省交通高等专科学校学报 2021年5期

李继足

（中铁十八局集团市政工程有限公司，天津市 300200）

1 引言

橡胶改性沥青主要是将废旧轮胎通过一定粉碎工艺制备成大小均匀的橡胶颗粒，掺加至沥青中在180℃高温条件下剪切一段时间，并经过溶胀形成一种新型改性沥青胶结材料。研究表明将废旧轮胎加工处理后，可以作为集料、矿粉、橡胶改性沥青混合料等，不仅可以解决大量废旧轮胎处置问题，同时橡胶改性沥青路面具有良好的耐疲劳、抗老化特性，显著优于其他改性沥青混合料［1-2］。本文依托项目实际，通过对橡胶改性沥青混合料原材料检验及配合比设计，详述了其施工工艺，为橡胶改性沥青在高速公路建设中的推广应用提供参考价值。

2 工程概况

某高速公路全长254km，为防止公路在未来运营过程中由于产生车辙、坑槽等病害，进而导致路面各项使用性能下降，严重影响正常交通出行。在对各方面因素综合分析基础上，最终提出采用橡胶改性沥青进行路面铺筑。其中试验段桩号范围为K23+600~K24+320，该标段内的道路各结构层设计状况如表1所示。

表1 试验段道路各结构层设计状况

3 原材料及配合比设计

3.1 基质沥青

本项目采用SK-70#基质沥青进行橡胶改性沥青的制备，通过对基质沥青各项技术指标试验（如表2所示）发现，均满足规范要求。

表2 SK-70#基质沥青技术指标测试结果

3.2 集料

（1）粗集料

本项目粗集料选用颚式破碎机生产的玄武岩碎石，采用反击式破碎机进行二次破碎加工，避免其针片状含量过多导致嵌挤作用减弱，各项技术指标测试结果见表3。

表3 玄武岩粗集料各项技术指标测试结果

（2）细集料

本项目细集料采用表面干燥洁净、质地坚硬、无风化的石屑，其质量测试结果见表4。

表4 细集料质量测试结果

（3）填料

项目采用石灰岩磨成的细粉作为填料，由于石灰岩填料为憎水性材料，与沥青形成胶浆后可以更好地裹覆在集料表面，黏附性强，其质量测试结果见表5。

表5 石灰岩矿粉质量测试结果

（4）橡胶粉

本文分别对40目、60目、80目和5%、10%、15%、20%、25%、30%掺量下的橡胶粉进行改性沥青制备，并采用基础性能试验确定最佳橡胶粉目数和掺量，试验结果见表6。

表6 不同橡胶粉目数的橡胶改性沥青性能试验

由上述试验结果可知，随着橡胶粉目数逐渐增大，改性沥青针入度逐渐减小，延度增大，软化点上升。主要是由于目数越大的胶粉颗粒越细，比表面积越大，与沥青发生溶胀反应的速率相应加快，形成了稳定的三维网状空间结构，进而使得橡胶改性沥青高、低温性能得到提升［3-5］。此外，随着胶粉目数不断增大，高低温性能提升也愈加明显，因此推荐采用80目的橡胶粉进行改性。

采用5%、10%、15%、20%、25%、30%六种不同掺量下的橡胶粉对基质沥青进行改性，并基于三大指标试验对其性能进行分析，试验结果见表7。

表7 不同橡胶粉掺量的橡胶改性沥青性能试验

由上表分析可知，随着橡胶粉掺量逐渐增加，改性沥青的高温性能逐渐提升，且上升速度逐渐减缓，而低温性能先上升后减小。主要是由于适量胶粉可以与基质沥青形成稳定的空间结构，有效改善了沥青的高温稳定性和低温柔韧性，但随着胶粉掺量进一步增加，导致其与沥青不能完全混溶，胶粉以大颗粒的形式分散于沥青中，无法分散均匀，因此本文使用80目、20%掺量的橡胶粉进行橡胶改性沥青的制备。

3.3 目标配合比设计

在综合考虑项目所处地区气候条件、路面水损害、车辙及裂缝等病害基础上，结合交通运输部中橡胶改性沥青混合料配合比设计规范，确定各档集料的比例为：10～15mm碎石：5～10mm碎石：石屑：填料=36%：36.5%：21%：6.5%［6］。该级配中粗集料含量较多，有利于形成骨架结构，避免对橡胶改性沥青混合料产生干涉压实作用，同时较少的细集料含量有利于形成SMA马蹄脂结构。级配掺配比例见表8。