橡胶粉改性沥青混合料路用性能研究

何 晶（海南省公路勘察设计院,海口 570206）

橡胶粉改性沥青混合料路用性能研究

何 晶
（海南省公路勘察设计院,海口 570206）

摘 要：通过室内试验，对橡胶粉改性沥青以及SBS改性沥青AC-16沥青混合料进行配合比设计，确定了最佳沥青用量，对比了两种沥青混合料的路用性能，在此基础上分析了两种沥青混合料的经济效益。结果表明：橡胶粉改性沥青混合料的路用性能虽稍逊于SBS改性沥青混合料，但其路用性能指标远超规范要求；橡胶粉改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料有更好的经济效益。

关键词：橡胶粉改性沥青；AC-16沥青混合料；路用性能；经济效益

0 引言

沥青混凝土因其优良的路用性能已经被广泛的应用于各等级公路当中，但由于沥青材料其本身的特点决定，沥青混凝土路面也存在一些不足：一方面，随着温度的升高，沥青混凝土的弹性模量会明显降低，在沥青路面在车辆荷载和高温的双重作用下，容易形成推移、拥包、车辙等病害；另一方面，随着温度的降低，沥青混凝土的弹性模量会急剧升高，在低温状况下，沥青路面容易形成开裂，继而诱发其他损害。据有关研究表明[1]，对沥青进行改性能很大程度上改善沥青混凝土的使用性能。SBS改性沥青虽可很好的改善沥青混凝土的高、低温使用性能，提高路面的承载能力与使用寿命，但其昂贵的造价限制了其广泛使用。因此，寻找一种“物美价廉”的改性剂来提高沥青路面的路用性能具有十分重要的现实意义。

本文通过马歇尔试验，确定了橡胶粉改性沥青AC-16和SBS改性沥青AC-16的配合比，通过路用性能试验对比分析了两种沥青的路用性能，最后对橡胶粉改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料的经济效益进行对比分析。

1　橡胶粉改性沥青的应用意义

橡胶沥青又称为橡胶粉改性沥青，是一种优良的新型复合材料，是重交沥青与废弃轮胎橡胶粉在外加剂的作用下，经历过一系列复杂的物理化学变化形成的复杂聚合物[2]。根据有关研究表明[3]，橡胶粉可有效的改善基质沥青的针入度，使其温度敏感性降低，从而改善其高温与低温性能，另外橡胶粉提高了基质沥青的柔韧性，使其与石料的粘附性增强，并且降低了噪音污染。

截止至2014年底，中国的汽车保有量已经达到1.5亿，废旧轮胎的保有量已经达近3亿条，并且每年以近10%的速率上升。大量废弃轮胎的堆积不但造成环境污染、资源浪费，而且其降解困难，堆积处成为一些害虫的温床，威胁人类健康，如不慎发生火灾可造成严重的大气污染。由此可见，将废旧轮胎制成橡胶粉用于沥青改性，不但可以提高沥青路面的路用性能，更能起到保护环境，变废为宝的作用。

2　室内试验参数的确定

为了明确橡胶粉改性沥青的路用试验性能，本研究采用AC-16作为代表混合料类型，并对SBS改性沥青和橡胶粉改性沥青分别进行了马歇尔配合比设计，并对两种改性沥青AC-16沥青混合料的路用性能进行对比分析。

2.1 改性剂掺量

改性剂掺量不同对改性沥青的性能指标影响也不尽相同。据有关研究表明[4]，SBS改性沥青在SBS掺量在5%左右时，其综合性能达到最佳，本文结合海南地区实际，选用5%的SBS掺量，来进行本次试验研究；而橡胶粉掺量则选择60目橡胶粉，掺量为20%[5]。

2.2 试验材料

试验选取的基质沥青为海南地区常用的泰普克70#基质沥青，石料产地为蓬莱石场玄武岩，矿粉产地为昌江矿粉厂，试验所用原材经检验均满足行业规范要求。

2.3 级配设计与最佳油石比确定

试验根据马歇尔配合比设计方法，分别得到了SBS改性AC-16沥青混合料和橡胶粉改性沥青AC-16沥青混合料的级配曲线，确定了最佳油石比分别为4.6%和5.3%。橡胶粉改性沥青由于其自身性质的原因，导致其油石比通常比SBS改性沥青和基质沥青要偏大。

根据优化得出的级配曲线以及通过马氏试验最终确定的油石比来分别制作SBS改性沥青AC-16以及橡胶粉改性沥青AC-16。矿料级配如表1所示。

表1　两种AC-16级配计算表

3　改性混合料沥青路用性能指标研究

SBS改性沥青已经在国内推广了几十年，其良好的路用性能已经得到了道路工作者的普遍肯定。海南地区也已经将SBS改性沥青应用于各等级沥青路面当中，而橡胶粉改性沥青却还没有在海南地区大规模推广。为了验证橡胶粉改性沥青的路用性能，尤其是受海南气候影响较大的高温性能与水稳定性，对橡胶粉改性AC-16沥青混合料进行了车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验以及低温弯曲试验，来衡量其路用性能，并将之与技术成熟的SBS改性沥青混合料进行性能对比，试验结果如表2所示。

表2　两种沥青混合料路用性能试验结果对比表

从表中我们可以清晰的看出：（1）橡胶粉改性沥青的马氏稳定度与动稳定度略逊于SBS改性沥青；（2）橡胶粉改性沥青的-10℃低温弯曲试验破坏应要远低于SBS改性沥青；（3）橡胶粉改性沥青的残留稳定度与冻融劈裂残留强度比均略优于SBS改性沥青；（4）橡胶粉改性沥青AC-16的各项性能指标远高于规范规定标准。

4　经济效益分析

一种新型材料的应用，通常要综合考虑其路用性能和其经济效益。上文所进行的室内试验研究可以看出，橡胶粉改性沥青的路用性能是符合规范标准的，但其经济效益又如何呢？本文引用费用效果这一指标综合评价橡胶粉改性沥青与SBS改性沥青的经济效益。

第一步进行两种沥青混合料的综合价格分析，海南地区2014年平均材料价格如表3所示。

表3　2014年海南地区材料平均价格

依据材料单价，计算两种混合料的综合价格，如表4所示。

表4　两种沥青混合料综合价格

由表4，我们可以看出，当每使用1t集料的情况下，橡胶粉改性沥青混合料要比SBS改性沥青混合料节省近82元。

同样根据橡胶粉改性沥青和SBS改性沥青的路用效果进行对比分析，在分析时考虑混合料的高温、低温与水稳定性三种性能指标，效果参数为三项加权平均之和，以SBS改性沥青混合料的路用性能为基准，动稳定度表征沥青混合料的高温性能，其加权值为1，破坏应变表征其低温性能，权值也为1，残留稳定度和劈裂强度比表征其水稳定性，权值各位0.5，则根据表2可得两种沥青混合料的加权值，进而计算出两种混合料的效果参数，如表5所示。

表5　效果参数加权计算表

根据式1计算出两种混合料的效果费用，经计算SBS改性沥青混合料的效果费用 为0.00958，橡胶粉改性沥青的效果费用为0.01126。显然橡胶粉改性沥青的效果费用要大于SBS改性沥青，可见橡胶粉改性沥青混合料在满足路面的使用性能的同时，具有更好的经济效益，适合在海南地区推广使用。

5　结语

（1）通过对橡胶粉改性沥青和SBS改性沥青AC-16配合比设计可知，橡胶粉改性沥青的油石比略大于SBS改性沥青，这是橡胶粉改性沥青自身性质导致的。

（2）通过对橡胶粉改性沥青路用性能研究发现，其高温性能与低温性能虽略逊于SBS改性沥青，但远超规范要求，而其水稳定性略优于SBS改性沥青，综合来看橡胶粉改性沥青各项技术性质能够满足海南地区路用性能要求。

（3）通过经济效益的对比分析发现，橡胶粉改性沥青比SBS改性沥青具有更好的性价比。

（4）因技术、材料等方面原因的限制，本文所做研究混合料类型比较单一，有一定的适用局限性，完善混合料以及材料类型是进一步需研究的方向。

参考文献：

[1]莫石秀.湖沥青改性沥青作用机理及混合料性能研究[D].长安大学,2012.

[2]陈莉,郭义,陈秋兰.橡胶沥青生产与施工[J].北方交通,2009(05):72-74.

[3]Darylm.Susanna H.Ryan W.etal.Staudy of crumb rubbermaterials as paving asphalt modifiers[J].Canadian Journal of Civil Engineering 2007.34(10):1276-1288.

[4]祝伟.SBS掺量对改性沥青混合料路用性能的影响[D].长安大学,2012.

[5]孙大权,徐晓亮,吕伟民.橡胶沥青生产工艺关键技术参数的研究[J].长沙交通学院学报,2008(03):33-37.