关键词:道路工程;橡胶粉改性沥青混合料;生产工艺;路用性能
中图分类号:U414文献标识码:B
目前全球废旧轮胎总积存量已达到40亿条左右，并且数量呈现逐年递增的趋势;据统计，我国废旧轮胎的总积存量位居世界第二，这些报废轮胎不仅占用了大量的土地资源，同时也造成了生态环境的污染，另外，我国天然橡胶资源短缺，70%需从国外进口。因此，对我国废旧轮胎实现合理的再生利用成为了研究热点问题。
随着我国高速公路的建成通车，沥青路面出现了车辙、开裂等病害问题，严重影响了沥青面层的路用性能，如何提高沥青面层的路用性能，减少路面病害的产生，受到了广泛关注。已有研究表明，在沥青混合料中掺加一定数量的废旧轮胎橡胶颗粒，可以明显的改善沥青混合料的材料感温性能、降低行车产生的环境噪音，延长沥青路面的使用寿命、提高沥青路面的服务功能性。
本文结合在吉林营城子至松江河高速公路的实体工程进行了橡胶粉改性沥青SMA混合料性能研究，为今后大面积铺筑橡胶粉改性沥青混合料提供了一些参考。
1·原材料技术指标
1.1橡胶粉
本次试验所采用的橡胶粉为60目，其筛分结果如表1所示。
1.2沥青
基质沥青采用的是AH－90路用石油沥青，其基本性能检测见表2，各项指标均满足规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)的要求。
1.3集料及级配
试验采用的是吉林地产玄武岩，质地坚硬，表面粗糙，质量指标符合规范要求。试验所用级配类型为SMA－16，级配曲线如图1所示。
2·试验结果及分析
2.1橡胶粉掺量对沥青性能的影响
本次实体工程橡胶粉改性沥青混合料的生产方法为湿法生产。为提高橡胶沥青混合料路用性能、充分发挥橡胶粉改性作用，对不同掺量(沥青质量的10%、12%、15%、16%、18%)橡胶粉改性沥青性能进行了研究，以确定橡胶粉最佳掺量。橡胶粉改性沥青采用高剪切混合乳化机制备，剪切速度为6500r/min，温度为180℃，剪切时间为30min。试验检测方法均依照国家相关规范进行。
2.1.1不同橡胶粉掺量对改性沥青感温性能的影响
将各掺量条件下的针入度及针入度指数绘至图2及图3。
分析上述数据可以发现，针入度及针入度指数和橡胶粉掺量之间有什么直接的规律性的联系。这可能是由于橡胶粉并不像SBS那样可较好的溶解于沥青中，仍以颗粒状存在改性沥青中。在进行针入度试验的时候，针与橡胶颗粒的接触状态随机变化，进而导致试验结果的不规律变化。因此不建议使用针入度及针入度指数作为确定橡胶改性沥青最佳掺量的评价指标。
2.1.2不同橡胶粉掺量对改性沥青高温性能的影响
改性沥青的高温性能采用软化点进行测试。不同掺量橡胶粉改性沥青软化点试验结果绘至图4。
分析结果可以发现，随着橡胶粉的掺量增加，橡胶改性沥青的粘聚力要较原基质沥青的有所提高，且软化点随着橡胶粉的用量增长而增长。
2.1.3不同橡胶粉掺量对改性沥青低温性能的影响
本研究中采用5℃温度进行延度试验，拉伸速率为5cm/min。图5为不同掺量改性沥青的延度试验结果汇总。
分析图可以发现，随着橡胶粉掺量的增加，低温延度先增加后减少，存在峰值。这说明橡胶粉对沥青的性能有所改善并存在极限状态。
综合以上各试验结果，初步选定合适的橡胶粉掺量为沥青质量的16%。
2.2橡胶粉改性沥青生产工艺对沥青性能的影响
2.2.1融胀时间对改性沥青性能的影响
根据上文确定的最佳橡胶粉的掺量，制备橡胶粉改性沥青。将制得试样放置在180℃的烘箱中，放置时间分别为2h、4h、6h，分别测试其3大指标，试验结果如表3所示。
分析上述数据可以发现，各指标结果与融胀时间没有明显的规律。根据工地的实际加工可行性，综合针入度指数PI、软化点和延度最终确定橡胶粉大规模加工的融胀时间为1.5h。在进行融胀时应采用机器进行搅拌，以防橡胶粉颗粒沉淀到容器底部，影响改性的效果。
2.2.2不同搅拌时间对改性沥青性能的影响
制备橡胶粉掺量为16%的改性沥青，生产温度控制在180℃，采用人工匀速的搅拌混合物，模拟工程中的搅拌机器，搅拌不同时间后测试橡胶沥青的性能，试验结果如表4所示。
分析上述数据可以发现，随着拌和时间的增加，各项指标均有变优的趋势。综合考虑各方面因素，确定搅拌时间为30min，即工地现场加工的机器搅拌时间为30min。
2.2.3加工温度对改性沥青性能的影响
温度是影响改性沥青性能的关键因素。温度太低，搅拌时能耗增加，且不能使橡胶粉与沥青混合均匀;温度过高，会使沥青老化。本次试验的橡胶粉掺量为沥青质量的16%，采用人工搅拌，搅拌时间为30min，变化不同的搅拌温度，试验其对改性沥青性能的影响如表5所示。
由以上数据可发现，随着搅拌温度的升高，改性沥青的针入度下降，软化点及延度升高。当搅拌温度大于200℃时，改性沥青的针入度下降，软化点增加，延度也在降低，这是由于温度过高，导致基质沥青老化，且老化的程度随搅拌温度的提高而增大。考虑到搅拌温度过低，基质沥青比较粘稠，胶粉与沥青不易混合均匀;温度过高，基质沥青易老化，影响其路用性能，参考以上试验数据最终确定搅拌温度为175℃。
2.3橡胶粉改性沥青SMA－16沥青混合料性能研究
2.3.1沥青混合料最佳油量确定
为了研究橡胶粉改性沥青混合料的高温性能，本文选用基质沥青及橡胶粉改性沥青SMA－16沥青混合料进行对比研究，以充分说明橡胶粉改性沥青混合料优越的路用性能。
按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)，试件采用马歇尔击实仪，双面击实50次。测试试件的指标，确定基质沥青混合料及橡胶粉改性沥青混合料的最佳油量分别为:6.2%和6.5%(目标孔隙率为4%)。
采用烧杯法进行沥青析漏试验，析漏损失为0.07%;肯塔堡飞散损失试验的飞散损失为8%，均满足规范的要求。
2.3.2沥青混合料高温性能研究
混合料的高温性能采用车辙试验评价。试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，试件采用碾压成型的300mm×300mm×50mm车辙试件。试验结果如表6所示。
分析以上数据可知，橡胶沥青混合料的抗车辙能力明显提高，是基质沥青的2倍以上。这说明橡胶沥青的加入能大幅提高混合料的高温性能。这是由于橡胶粉的掺入能够使得沥青在高温时不易发软，自由沥青减少，降低了车辙产生的可能性。
2.3.3沥青混合料低温性能研究
本文通过低温小梁弯曲试验来检验沥青混合料的低温抗裂性能，试验温度－10℃，加载速率50mm/min。试验结果如表7所示。
分析以上数据可以发现，无论是弯拉强度还是弯拉应变，橡胶改性沥青混合料均优于基质沥青混合料。从常用于评价沥青混合料低温性能的弯拉应变来看，橡胶粉改性沥青混合料的低温性能更是远优于基质沥青混合料，能够满足实际工程的需要.
2.3.4沥青混合料水稳定性能研究
水损害同高温车辙、低温裂缝一样，是沥青路面的主要病害之一。它是沥青路面在水或冻融循环的作用下，沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，最终导致沥青混合料松散掉粒的损坏现象。评价沥青混合料水稳定性能的方法主要有浸水马歇尔试验、冻融后劈裂强度试验、浸水劈裂强度试验、浸水抗压强度试验和浸水车辙试验等。本文依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052－2000)，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价混合料的水稳定性能。试验结果如表8、表9所示。
分析上述试验数据可以发现，无论马歇尔残留稳定度试验还是冻融劈裂试验结果均表明添加橡胶粉后，试件的抗水损害的能力得到显著提高。分析原因认为，橡胶粉的加入使得橡胶沥青与石料的粘附性增强，且混合料的内部更加致密，水很难渗透至混合料内部。因此，橡胶粉改性沥青能够改善混合料的水稳定性能。
3·结论
(1)通过研究发现，针入度及针入度指数不适用地确定橡胶粉最佳掺量;橡胶粉掺量对改性沥青的性能有较大的影响;综合考虑经济效益及实际路用性能的要求，本工程橡胶粉的最佳掺量为16%。
(2)通过对橡胶粉改性沥青生产工艺的研究发现，融胀时间、搅拌时间以及加工温度对橡胶粉改性沥青的性能均有较大的影响。但考虑到生产成本及生产效率等问题，提出了适用于本工程的生产工艺。
(3)通过基质沥青及橡胶粉改性沥青SMA－16的高低温性能及水稳定性的对比研究发现，橡胶粉改性沥青混合料的路用性能较基质沥青混合料有较大的提高，可以有效的改善沥青路面服务质量。
(4)通过上述研究可以发现，橡胶粉改性沥青不但可以提高混合料中用性能，并可以消耗掉大量废旧轮胎磨细的橡胶粉，是一种环保型的沥青路面，必将有广泛的应用前景。
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