稳定型橡胶改性沥青路面的应用研究

摘要：稳定型橡胶改性沥青是一种绿色、环保的沥青技术，能够有效地提高沥青混合料的路用性能。本文讨论了稳定型橡胶沥青混合料的级配设计、性能评价和工程应用。研究发现，稳定型橡胶沥青混合料的各项指标均满足规范对热拌沥青混合料的要求，且相比SBS改性沥青混合料，具有更好的高温性能和低温性能。同时，基于现场取芯试验，验证了稳定型橡胶沥青混合料具有更好的高温抗剪性能。关键词：高速公路；沥青路面；稳定型橡胶改性沥青；路用性能0引言废旧轮胎胶粉在国内外公路行业中的应用已有比较悠久的历史。橡胶改性沥青混凝土作为一种低碳、绿色、环保的技术在我国公路建设中已有较多的应用，具有良好的可行性与经济性。稳定型橡胶沥青改性剂是一种新型复合材料，克服了废橡胶粉与沥青难相容、易分离易沉降的缺点；在保持橡胶沥青优点的同时，有效地降低了沥青的高温黏度，具有良好的施工和易性，存储稳定性也得到了有效改善，为橡胶沥青在我国道路工程中的进一步推广应用起到良好的促进作用。在道路石油沥青中加入18%~20%的橡胶轮胎粉和少量添加剂，通过特定的生产工艺，使胶粉在沥青体系中发生硫键断裂、混炼和再交联等一系列物理和化学反应，形成稳定的胶体体系，即成为稳定型橡胶沥青产品。近年来，稳定型橡胶改性沥青在我国已经得到了一定的应用，一些学者对其进行了研究，发现稳定型橡胶改性沥青混合料具有良好的路用性能。随着稳定型橡胶改性沥青技术的推广，该技术也得到了不断的发展。基于某高速公路建设工程对绿色、低碳、环保和高性能沥青路面技术的探索，本研究探讨了稳定型橡胶沥青混合料的级配设计、性能评价和实体工程应用。1

混合料目标配合比设计1.1

原材料稳定型橡胶改性沥青具有高温黏度低、储存稳定性好等特点。本研究试验选用成品稳定型橡胶改性沥青，具体的试验检测结果与技术指标要求如表1所示。表1稳定型橡胶改性沥青基本指标试验结果Tab.1Basicindextestresultsofstabilizedrubbermodifiedasphalt试验用石料粒径组成为13.2~9.5mm，9.5~4.75mm，4.75~2.36mm和2.36~0.075mm四档。对4.75mm以上的粗集料，使用辉绿岩，对2.36mm以下的细集料使用石灰岩。试验表明，各矿料的技术性能满足规范要求。具体的试验检测结果见表2。表2集料试验Tab.2Aggregatetest1.2

混合料目标配合比级配设计沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料具有骨架间嵌挤强、沥青膜厚、空隙率小、表面粗糙等特点，因而具有良好的高温抗车辙能力、低温抗裂能力、耐疲劳性、水稳性及抗滑性能。本研究采用SMA级配进行稳定型橡胶沥青混合料的级配设计，将粗集料的用量定为70%及以上，矿粉用量定为10%左右。试验设计的各组稳定型橡胶改性沥青SMA-13混合料级配如表3所示。表3SMA-13稳定型橡胶沥青混合料设计级配表Tab.3SMA-13stabilizedrubberasphaltmixturedesigngradationtable混合料中添加占矿料总质量0.3%的木质素纤维。初定三组设计级配混合料的试验油石比为6.3%。按照试验油石比和矿料级配制作三组马歇尔试件，混合料拌和温度为175℃，双面击实次数为75次。用计算法求得三组设计级配混合料的最大理论密度，毛体积密度则采用表干法测定。三组设计级配混合料的试验结果见表4。表4马歇尔试验结果Tab.4Marshalltestresults结合稳定型橡胶沥青SMA-13混合料级配设计方案和马歇尔试验的结果可以看出，对于级配编号为SMA-13-A、SMA-13-B和SMA-13-C的三种稳定型橡胶沥青混合料，随着4.75mm筛孔通过率的增加，混合料的矿料间隙率不断降低，表明集料间的嵌挤作用得到了增强；同时，混合料的空隙率不断减小。试验结果表明，4.75mm筛孔通过率对稳定型橡胶沥青SMA-13混合料的体积参数有较大影响。同时可以看出，在6.3%的油石比下，级配为SMA-13-C的稳定型橡胶沥青混合料的体积指标能够满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）对SMA-13混合料的相关要求。因此选择SMA-13-C级配作为稳定型橡胶沥青混合料目标配合比的设计级配。1.3

路用性能对比研究在确定了稳定型橡胶沥青混合料目标配合比后，本研究同时成型了相同级配的SBS改性沥青混合料，以4%作为设计空隙率，确定最佳油石比，进行稳定型橡胶沥青SMA-13混合料与SBS改性沥青SMA-13混合料路用性能的对比研究。通过车辙试验、低温弯曲梁试验和冻融劈裂试验进行路用性能的评价。各项试验的具体结果见表5。表5路用性能试验结果Tab.5Roadperformancetestresults根据表5可以看出，稳定型橡胶沥青混合料的动稳定度和低温弯曲破坏应变比SBS改性沥青混合料更大，表明稳定型橡胶沥青混合料具有相比SBS改性沥青混合料更加优良的高温抗变形性能和低温抗裂性能。此外，稳定型橡胶沥青混合料和SBS改性沥青混合料的冻融劈裂强度比非常接近，表明两种混合料的水稳定性相当。2

混合料生产配合比设计2.1

混合料生产配合比级配设计参考稳定型橡胶沥青混合料目标配合比设计级配，采用热仓料进行稳定型橡胶沥青混合料生产配合比的级配设计。根据热仓料筛分结果设计的稳定型橡胶沥青混合料生产配合比级配如表6和图1所示。表6生产配合比设计级配表Tab.6Productionmixratiodesigngradationtable图1生产配合比设计级配图Fig.1Productionmixdesigngradationdiagram2.2

混合料试验结果

采用马歇尔试验方法确定稳定型橡胶沥青生产配合比混合料的油石比，并进行混合料路用性能的验证，试验结果如表7所示。表7生产配合比混合料试验数据Tab.7Testdataofproductionmixratio由表7可以看出，稳定型橡胶沥青SMA-13生产配合比混合料的各项路用性能均满足规范对SMA混合料的要求，具有良好的高温性能、低温性能和水稳定性。3

试验路施工项目依托工程在上面层施工过程中，铺筑了全长约3km的稳定型橡胶沥青混合料试验段。按照稳定型橡胶沥青混合料的生产配合比进行混合料的生产，试验段压实厚度为4cm。3.1

稳定型橡胶沥青混合料的拌和与运输采用检验结果满足表1中技术指标要求的成品稳定型橡胶沥青，在沥青罐中加热至不低于175℃，矿料加热温度为185~195℃，混合料出料温度为170~180℃。混合料拌和时间以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青胶结料为度。采用大吨位自卸车进行混合料运输，运料车用篷布覆盖，卸料过程中继续覆盖直到卸料结束取走篷布，以保温或避免污染环境。每辆车到现场均测量混合料温度，低于摊铺温度时混合料不得卸车。3.2

稳定型橡胶沥青混合料的摊铺与碾压采用两台ABG423摊铺机进行摊铺。松铺系数定为1.25，上面层层厚4cm，虚铺厚度为5cm。为保证路面平整度和高程标准，上面层施工使用非接触式浮动梁控制厚度。碾压分为初压、复压和终压三个阶段进行，本着先轻后重、由低向高、紧跟慢压、高频低振的原则进行。初压目的是对摊铺面进行稳定，复压的目的是提高压实度，终压的目的是消除轮迹，使表面平整。施工碾压方案见表8。表8施工碾压方案Tab.8Constructionrollingplan3.3

现场检测施工结束后对路面各项指标进行了现场检测，检测结果如表9所示。表9试验路现场检测结果Tab.9Fieldtestresultsoftestroad采用稳定型橡胶沥青技术所铺筑的路段的压实度、渗水系数、构造深度、摩阻系数和厚度等性能及现场施工质量均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）对热拌沥青混合料的要求。3.4

取芯试验为了更好地评价稳定型橡胶沥青混凝土的路用性能，施工结束后分别在稳定型橡胶沥青路面试验段和常规SBS改性沥青路面段钻取了6个芯样。对各个芯样的上面层进行切割，基于单轴贯入试验对稳定型橡胶沥青混合料和SBS改性沥青混合料上面层芯样的高温抗剪性能进行评价。试验结果如表10所示。表10现场路面芯样单轴贯入试验结果Tab.10Resultsofuniaxialpenetrationtestofon-sitepavement

coresamples根据表10可以看出，在芯样空隙率比较接近的情况下，稳定型橡胶沥青混合料的抗剪强度大于SBS改性沥青混合料，表明其具有更好的高温抗剪性能。4

结论稳定型橡胶改性沥青是一种绿色、环保的沥青技术，在保持橡胶沥青优点的同时，降低了沥青的高温黏度，具有良好的施工和易性，能够有效地提高沥青混合料的路用性能。本文对稳定型橡胶沥青混合料的级配设计、性能评价和工程应用进行了研讨，为稳定型橡胶沥青技术的进一步推广应用积累了一定的数据和研究成果