橡胶沥青混凝土在市政道路沥青路面修复工程中的性能分析

马前进

摘 要：针对普通沥青在高温条件下易出现软化、低温开裂等病害现象，研究提出一种橡胶沥青混凝土性能分析方案。为验证该材料的基本性能，采用3因素3水平正交试验，其最佳配比为80目胶粉掺量为25%。利用配合比设计完成该材料的性能分析，分析结果显示，AR-AC-13更加符合市政道路沥青路面的修复工作。

关键词：橡胶沥青;混凝土;道路修复;性能分析

中图分类号：U414       文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0184-04

Performance analysis of rubberized asphalt concrete in municipal road asphalt pavement repair project

MA Qianjin

（Zhengzhou Design Institute of China Railway Engineering Design Consulting Group Co.，Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract：In view of the phenomena that ordinary asphalt has such as softening or cracking under extreme temperature conditions，this study proposed a rubber asphalt concrete performance analysis scheme.In order to verify the basic properties of the material，the optimum ratio of the material，selected by three-factor and three-level orthogonal test，turned out to be 25% for 80 mesh powder.The performance analysis of the material was completed by using the mix ratio design.The analysis resulted showed that AR-AC-13 was more suitable for the repair work of municipal road asphalt surface.When the material was used in the construction of municipal roads，the asphalt pavement of municipal roads had good cracking resistance.The rubber powder contained in it had good adsorption performance for base asphalt，which could prolong the service life of municipal roads to the maximum extent.

Key words：rubber asphalt;Concrete;Road repair;Performance analysis

沥青路面凭借自身行驶舒适以及噪声小等优势，被广泛应用于市政道路的建设中。但是沥青路面属于一种感温材料，在高温条件下易出现软化、低温开裂等病害现象，不利于沥青路面使用寿命以及通车能力的延长。而橡胶沥青属于一种复合材料，主要由胶粉与基质沥青进行相互作用融合形成，该材料的弹性恢复力明显优于普通沥青。将该材料应用于市政道路的建设中，可使市政道路的沥青路面具有良好的抗开裂能力，其内部含有的胶粉对于基质沥青的吸附性能较好，可最大限度的延长市政道路的使用寿命。本研究采用3因素3水平正交试验，选出该材料的最佳配比，对于市政道路的修复工作具有重要意义。

1 橡胶沥青混凝土性能的影响因素分析

通过对橡胶沥青的作用机理进行分析可知，橡胶沥青属于一种复合材料，主要由胶粉与基质沥青进行相互作用融合下形成。采用对比分析的方式将橡胶沥青与普通沥青进行比较，其对比结果显示：橡胶沥青的弹性恢复力明显优于普通沥青。将该材料应用于市政道路的建设中，可使市政道路的沥青路面具有良好的抗开裂能力。橡胶沥青混凝土凭借自身良好的吸附性，对于沥青路面的抗老化能力具有一定提升作用，可最大限度地延长市政道路的使用寿命。橡胶沥青路面抗老化能力较强的主要原因为：橡胶沥青中含有特殊胶粉，该胶粉对于基质沥青的吸附性能较好，即可对橡胶沥青混凝土进行拌制时采用较高的油量，橡胶沥青路面也不会出现泛油现象[1]。

由于胶粉及沥青在反应机理方面存在较高的复杂性，对于橡胶沥青性能的影响较大。本研究将影响橡胶沥青混凝土性能的因素划分为材料因素和加工工艺两个类别，其中材料因素主要包括胶粉质量、细度、掺量等;加工因素主要包括搅拌方式、反应时间等。由于橡胶沥青在室内和工厂进行制备的差异性较大，为此本研究主要对材料因素对橡胶沥青的性能影响进行研究，并根据材料因素中类别安排3因素3水平正交试验，通过该方式确定影响橡胶沥青性能的各项指标，并选出最佳配比[2]。

1.1 橡胶沥青混凝土材料的选择

对橡胶沥青混凝土的材料进行选择时，主要采用斜交胎粉作为橡胶沥青混凝土材料的核心胶粉，该胶粉细度控制在40、60和80目两种类型。对基质沥青进行选择时，应结合针入度（25 ℃，100 g，5 s）0.1 mm、软化点和延度等指标进行综合考虑，选用东海、中海和韩国SK70的3种70號以上的石油沥青作为实验原材料。3个种类沥青的指标实测值分别为：东海70号（68、48、大于100）、中海70号（70、47、大于100）和韩国SK70（68、48、大于100）[3]。

1.2 橡胶沥青混凝土的制备

该材料的制备流程：首先利用油浴的方式将基质沥青加热至185 ℃，利用高速电子搅拌器完成基质沥青的搅拌，搅拌之前应将搅拌速率调整至700 r/min，在搅拌过程中加入胶粉，直至二者反应时间持续45 min后，将反应温度保持在（185±2）℃。

1.3 橡胶沥青混凝土正交试验设计

本研究对橡胶沥青混凝土进行正交试验时，主要采取3因素3水平的方式完成实验。为确定实验的主次要因素，采用数学的方法对观测数据进行处理，各因素对应观测指标的平均值差距越大，则表明该因素对指标作用的灵敏度越高，灵敏度最高的因素为影响橡胶沥青混凝土的主要因素。对各项数据进行观测时，应遵从正态分布，并用F检验对影响橡胶沥青性能的各因素进行判断。为保证结果的可信性，对检测数据进行方差分析以及显著性检验。影响因素确定完毕后，应完成橡胶沥青混凝土的最优配比，橡胶沥青混凝土软化点实验数据方差分析如表1所示[4]。

通过将软化点作为主要观测指标，对影响橡胶沥青性能的各因素进行分析可知，不同因素对橡胶沥青性能的影响程度各不相同，影响极值的因素从大到小依次排列分别为：B、A、E、C。由于沥青种类的极值小于误差，可认为只要符合要求的70号沥青均可作为生产橡胶沥青的基质沥青。根据表1可知，影响变差平方和的因素从大到小依次排列分别为：B、A、E、C，这与极值的结论一致。最终通过计算可知，橡胶沥青的最佳生成条件为：采用60目胶粉掺量为25%，沥青种类只要符合要求的70号沥青均可作为生产橡胶沥青的基质沥青。通过该数据可认为胶粉对于沥青软化点具有提高作用;但在60目附近出现极值，与传统观点出现差异性。

橡胶沥青弹性恢复实验数据方差分析结果如表2所示[5]。通过将弹性恢复作为主要观测指标，对影响橡胶沥青性能的各因素进行分析可知，影响变差平方和从大到小依次排列分别为：B、A、C、E，与极值的结论一致。最终通过计算可知，橡胶沥青的最佳生成条件为：采用80目胶粉掺量为25%，沥青种类只要符合要求的70号沥青均可作为生产橡胶沥青的基质沥青。通过该数据可认为弹性恢复对于沥青的变形恢复能力具有提高作用，可提高沥青路面的抗裂能力以及抗冲击能力[6]。

通过将低温延度作为主要观测指标，对影响橡胶沥青性能的各因素进行分析可知，影响变差平方和的因素从大到小依次排列分别为：B、A、C、E，与极值的结论一致。最终通过计算可知，橡胶沥青的最佳生成条件为：采用80目胶粉掺量为25%，沥青种类选择SK牌70号沥青。由于胶粉的掺量在20%以下时，可使橡胶沥青的低温延度无法满足标准条件，在實际使用过程中应将胶粉掺量大于20%。

橡胶沥青180℃粘度实验数据方差分析如表3所示。

180 ℃粘度是衡量沥青质量的重要指标，但是最优生产条件与其他观测指标完全相反;若粘度过大可造成橡胶沥过于粘稠，不利于橡胶沥青完成改性。通过将180 ℃粘度作为主要观测指标，对影响橡胶沥青性能的各因素进行分析可知，影响极值的因素从大到小依次排列分别为：B、A、C、E。对表3中数据进行分析可知，沥青种类与误差的极值相等，由此可表明沥青种类对180 ℃粘度的影响可忽略不计。由于胶粉的掺量在20%以下时，可使橡胶沥青的180 ℃粘度无法满足标准条件，在实际使用过程中应将胶粉掺量大于20%[7]。

综上所述，胶粉掺量对于橡胶沥青各观测指标的影响较大，随着胶粉掺量的不断增加，有利于提升橡胶沥青的基本性能，并且其掺量在25%时，各项观测指标均满足标准规范，为此本研究最终选用80目胶粉。由于沥青种类对橡胶沥青性能的影响可忽略不计，为此不需要对沥青种类进行最优选择。

2 橡胶沥青混凝土配合比设计

2.1 橡胶沥青材料使用情况

结合上述最优比例完成橡胶沥青的制备，成品的橡胶沥青180 ℃粘度、软化点、5 ℃延度以及弹性恢复的要求值分别为：2.0～4.0、大于58、大于100、大于55;成品的橡胶沥青180 ℃粘度、软化点、5 ℃延度以及弹性恢复的实测值分别为：3.7、65.2、105和64。

2.2 粗细集料使用情况

本研究对粗集料进行选择时，主要采用碎石以及酸性岩;对细集料进行选择时，主要采用石灰岩。其主要原因为：碎石、酸性岩以及石灰岩均满足标准规范，有利于提升橡胶沥青混凝土的性能。

2.3 填料使用情况

为保证橡胶沥青混凝土的水温性，本研究选用水泥代替传统矿粉进行橡胶沥青混凝土的制备。

2.4 橡胶沥青混凝土配合比设计情况

本研究选择AR-AC-13和澳大利亚14型矿料级配，利用马歇尔试验完成橡胶沥青混凝土的配比。为保证橡胶沥青混凝土的性能稳定性，采用对比分析的方式，完成两种矿料级配与普通沥青SMA-13的对比测试，橡胶沥青混凝土配合比设计情况如表4所示[8]。

3 橡胶沥青混凝土在市政道路沥青路面修复工程中的性能分析

3.1 橡胶沥青混凝土高温稳定性

本研究对橡胶沥青混凝土的高温稳定性进行检验时，主要在经过短期老化后且成型的混合料的基础上，采用车辙试件完成性能检验，将碾压次数定为36次，SMA沥青可按照常规方法完成碾压直至成型。AR-AC-13、澳大利亚14型、SMA-13的动稳定度依次分别为：4 115、3 843和1 954 次/mm。通过该数据可知，AR-AC-13更加符合市政道路沥青路面的修复工作。

3.2 橡胶沥青混凝土水稳定性

本研究对橡胶沥青混凝土的水稳定性进行检验时，主要采用马歇尔试验方法，并将残留稳定度、冻融劈裂试验的残留强度以及浸水车辙试验作为主要观测指标。3种沥青的浸水马歇尔残留稳定度的数值依次分别为83%、86%和77%;冻融劈裂试验的残留强度依次分别为89%、91%和79%;浸水动稳定度依次分别为：2 142、2 166和677次/mm;动稳定度依次分别为：4 115、3 843和1 954次/mm;相比浸水后的动稳定度的下降依次分别为47.9%、43.6%和65.4%。通过该数据可知，AR-AC-13更加符合市政道路沥青路面的修复工作。

4 结语

本研究为实现市政道路沥青路面的修复工作，采用对比分析的方式将橡胶沥青与普通沥青进行比较，其对比结果显示：橡胶沥青的弹性恢复力明显优于普通沥青。采用3因素3水平正交试验确定影响橡胶沥青性能的各项指标，并选出最佳配比最佳配比为80目胶粉掺量为25%，利用配合比设计完成该材料的性能分析结果显示，AR-AC-13更加符合市政道路沥青路面的修复工作。橡胶沥青混凝土凭借自身良好的吸附性，对于沥青路面的抗老化能力具有一定提升作用，可最大限度地延长市政道路的使用寿命。将该材料应用于市政道路的建设中，可使市政道路的沥青路面具有良好的抗开裂能力。

【参考文献】

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[2] 丁瑜，张家生，陈晓斌，等.基于橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料液化特性[J].中南大学学报（自然科学版），2021（3）：737-747.

[3] 丁瑜，张家生，陈晓斌，等.橡胶颗粒-砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究[J].工程科学与技术，2020（5）：170-177.

[4] 徐彦红，翁国文，王再学.锶铁氧体对天然橡胶热老化和耐酸性能的影响[J].中国皮革，2020（2）：19-25.

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[8] 齐天.温拌沥青混凝土薄层罩面技术在路面修复中的应用[J].交通世界，2020（27）：30-31.