王 剛

（甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅 蘭州 730030）

隨著科技的進步，社會的發(fā)展，環(huán)境問題越顯嚴(yán)重，眾多國內(nèi)外專家學(xué)者考慮到廢舊輪胎的回收利用，對改性橡膠瀝青和與之相應(yīng)的一些應(yīng)用技術(shù)做了大量的研究[1-2]。TIMM等采用現(xiàn)場試驗路段進行改性瀝青的相關(guān)性能試驗，試驗結(jié)果顯示，改性瀝青在提高混合料抗車轍路用性能方面有顯著成效[3]；ZHU等通過三軸試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著混合料中油石比的增加，其抗剪性能隨著減小[4]；國內(nèi)的一些專家學(xué)者分別在瀝青混合料的集料、瀝青混合料的級配以及瀝青混合料的油石比等方面對瀝青混合料穩(wěn)定性能的干擾研究都頗有建樹[5-8]。

綜上所述的國內(nèi)外研究成果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對改性瀝青混合料中的油石比的重要性作用研究成果較少，結(jié)合考慮到混合料中的集料級配及瀝青混合料中瀝青的最佳油石比是瀝青混合料中最重要的一部分在目標(biāo)配合比設(shè)計時，故為了確保試驗中混合料中的瀝青達到最佳油石比并且符合相關(guān)試驗規(guī)范和現(xiàn)場施工要求，在滿足上述前提的基礎(chǔ)上，為了使瀝青的穩(wěn)定度和密度曲線出現(xiàn)明顯的波峰，本試驗所用油石比在保障瀝青的飽和度滿足規(guī)范要求區(qū)間的同時，也要滿足油石比區(qū)間包涵瀝青混合料中設(shè)計規(guī)范要求的設(shè)計空隙率的所有區(qū)間。如若沒有滿足要求，則需相應(yīng)的加大瀝青用量區(qū)間重新開始試驗。因此，本文通過單軸靜載壓縮試驗、應(yīng)力應(yīng)變試驗、車轍試驗細化的驗證不同油石比的橡膠瀝青混合料對其動態(tài)模量的影響。

1 試驗簡介

1.1 原材料及級配

試驗中所設(shè)計到的廢胎膠粉由酒泉某單位生產(chǎn)提供，膠粉顆粒大小為40目，所采用的瀝青原料為SK-90#，膠粉改性瀝青試驗溫度設(shè)置成180℃～190℃，滿足上述要求下高速攪勻拌和60min制成膠粉改性瀝青，經(jīng)試驗各項技術(shù)指標(biāo)均符合溫區(qū)技術(shù)要求，見表1。

表1 橡膠瀝青相關(guān)技術(shù)性指標(biāo)表

本試驗中瀝青混合料使用的集料為玄武巖，并將集料分3個檔，分別為10～15mm和5～10mm的粗集料、0～3mm的細集料；礦粉選用石灰?guī)r礦粉。其中瀝青混合料中礦料級配設(shè)計采用SMA-13級配的設(shè)計規(guī)格來實施，且將混合料中4.75mm的通過率保持在24%～38%。表2為瀝青混合料中不同集料、礦粉、及級配范圍的統(tǒng)計表。見表2。

表2 集料及礦料級配分布表

1.2 試驗方法

通過單軸靜載壓縮試驗、應(yīng)力應(yīng)變試驗、車轍試驗對不同油石比的橡膠瀝青混合料動態(tài)模量做試驗比對，分析兩種不同油石比（油石比6.4%、油石比6.7%）下混合料成型試件的抗壓回彈模量、混合料成型試件的靜態(tài)模量、混合料成型試件的破壞應(yīng)力以及混合料的動穩(wěn)定度隨瀝青混合料中油石比的變化情況。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)模量試驗

2.1.1 橡膠瀝青混合料抗壓回彈模量及應(yīng)變-應(yīng)力隨溫度的變化

不同油石比下的瀝青混合料的抗壓回彈模量及應(yīng)力-應(yīng)變結(jié)果見表3、如圖1及圖2所示。

表3 各瀝青混合料應(yīng)變-應(yīng)力及抗壓回彈模量對比

圖1 抗壓回彈模量與溫度的變化曲線圖

圖2 應(yīng)變-應(yīng)力斜率與溫度的變化曲線圖

從表3、圖1及圖2中可以觀察得到：隨著混合料中油石比的增加，回歸方程的曲線斜率變大，瀝青混合料的抗壓回彈模量減小。當(dāng)混合料中的試驗溫度為30℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應(yīng)變-應(yīng)力比值和抗壓回彈模量分別增加3.4%以及減少3.7%；當(dāng)混合料中的試驗溫度為40℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應(yīng)變-應(yīng)力比值和抗壓回彈模量分別增加5.0%以及減少3.0%；當(dāng)混合料中的試驗溫度為50℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%應(yīng)變-應(yīng)力比值和抗壓回彈模量分別增加8.8%以及減少6.0%。

上述實驗數(shù)據(jù)說明：當(dāng)瀝青混合料中瀝青油石比為6.7%時，抗壓回彈模量及應(yīng)變相較油石比6.4%有明顯下降狀態(tài)，故說明此時油石比已超過最佳油石比。

2.1.2 橡膠瀝青混合料靜態(tài)模量隨溫度的變化

不同油石比下的瀝青混合料的靜態(tài)模量結(jié)果見表4、如圖3、圖4及圖5所示。

表4 不同溫度下瀝青混合料靜態(tài)模量統(tǒng)計表

圖3 30℃不同油石比瀝青混合料應(yīng)力-模量

圖4 40℃不同油石比瀝青混合料應(yīng)力-模量

圖5 50℃不同油石比瀝青混合料應(yīng)力-模量

從表4、圖3、圖4及圖5中可以觀察得到：隨著瀝青混合料中油石比的增加，其靜態(tài)模量呈現(xiàn)減小趨勢。當(dāng)瀝青混合料中的試驗溫度為30℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態(tài)模量回歸方程曲線的斜率減少9.2%；當(dāng)瀝青混合料中的試驗溫度為40℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態(tài)模量回歸方程曲線的斜率減少3.5%；當(dāng)瀝青混合料中的試驗溫度為50℃時，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態(tài)模量回歸方程曲線的斜率減少23.4%。

上述試驗數(shù)據(jù)說明：在試驗中，當(dāng)瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導(dǎo)致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導(dǎo)致各集料、礦料之間的黏聚力降低，進而導(dǎo)致靜態(tài)模量降低，最終導(dǎo)致成型試件的強度降低。故為確保瀝青混合料有很好的穩(wěn)定性能，在進行油石比驗證時，使其盡量保證在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

2.2 應(yīng)力應(yīng)變試驗

應(yīng)力-應(yīng)變試驗選用的是以2mm/min均勻加載速率的壓力機，試驗時，將瀝青混合料中油石比分別為6.4%、6.7%的試件放置在儀器上面，啟動壓力機，分別觀察不同油石比下荷載最大值和應(yīng)變最大值，并記錄其數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)見表5、如圖6及圖7所示。

表5 各瀝青混合料破壞荷載對比

圖6 瀝青混合料破壞應(yīng)力隨油石比的變化

圖6中可以觀察得出：隨著瀝青混合料試件的破壞最大值隨油石比的增大而減小，且隨之減小的包括瀝青混合料試件的抗拉強度。與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的試件破壞最大值減少2.8%。

上述試驗數(shù)據(jù)說明：當(dāng)瀝青混合料中的瀝青油石比為6.7%時，其已超過混合的中標(biāo)定的最佳油石比。當(dāng)混合料中的油石比處于最佳時，其形成的試件破壞荷載值和抗拉強度值達到最大值。

圖7 不同石油比下應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化圖

表5及圖7中可以觀察得出：隨著瀝青混合料的應(yīng)變的增大，應(yīng)力變化為先上升然后下降的狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)變在0-3.5的范圍內(nèi)時，油石比6.4%的應(yīng)力變化與油石比6.7%的應(yīng)力變化不明顯；當(dāng)應(yīng)變在3.5-6的范圍內(nèi)時，油石比6.7%的應(yīng)力增加大于油石比6.4%，且其首先達到應(yīng)力峰值，隨后隨著應(yīng)變的增大，應(yīng)力呈下降狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)變在3.5-8.5的范圍內(nèi)時，油石比6.4%的應(yīng)力隨應(yīng)變的增大而增大，在應(yīng)變值為8.5時，達到應(yīng)力峰值。

上述試驗數(shù)據(jù)說明：隨著瀝青混合料中油石比的增大，油石比6.7%瀝青混合料形成的試件的最大應(yīng)變值相較油石比6.4%的應(yīng)變值前移，且最大應(yīng)力值減小。故表明為使瀝青混合料試件含有較高的穩(wěn)定性能，其油石比必須保持為最佳油石比。

2.3 車轍試驗

本試驗中的橡膠瀝青是由SK-90#基質(zhì)瀝青和酒泉產(chǎn)地的膠粉加工而成，油石比則沿用前文所選用的油石比6.4%、6.7%。車轍試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表6。

表6 車轍試驗對比表

表6中可以觀察得出：隨著瀝青混合料中油石比的增加，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的45min中內(nèi)的變形量增加5.6%，60min中內(nèi)的變形量增加5.7%，其總體呈增長趨勢；隨著瀝青混合料中油石比的增加，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的動穩(wěn)定度減少8.1%。

上述試驗數(shù)據(jù)說明：當(dāng)瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導(dǎo)致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導(dǎo)致各集料、礦料之間的黏聚力降低，最終使瀝青混合料形成試件的抗車轍能力減小，增大永久變形。

3 結(jié)論

通過對不同油石比的橡膠瀝青混合料進行了單軸靜載壓縮試驗、應(yīng)力應(yīng)變試驗以及車轍試驗研究，由試驗數(shù)據(jù)及理論分析，得出以下結(jié)論：

1)隨著混合料中油石比的增加，回歸方程的曲線斜率變大，瀝青混合料的抗壓回彈模量減小。當(dāng)瀝青混合料中瀝青油石比為6.7%時，抗壓回彈模量及應(yīng)變相較油石比6.4%有明顯下降狀態(tài)，故說明此時油石比已超過最佳油石比。

2)隨著溫度的升高，與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的靜態(tài)模量回歸方程曲線的斜率下降趨勢經(jīng)歷了由9.2%到3.5%，然后上升到23.4%的過程。其主要原因是當(dāng)瀝青混合料中瀝青含量過分增加后，導(dǎo)致混合料中自由流動的瀝青含量過多，這部分超量的瀝青就會在混合料中四處游走，使其各礦料之間的間距增大，導(dǎo)致各集料、礦料之間的黏聚力降低，進而導(dǎo)致靜態(tài)模量降低，最終導(dǎo)致成型試件的強度降低。故為確保瀝青混合料有很好的穩(wěn)定性能，在進行油石比驗證時，使其盡量保證在最佳油石比附近或等于最佳油石比。

3)隨著瀝青混合料試件的破壞最大值隨油石比的增大而減小，且隨之減小的包括瀝青混合料試件的抗拉強度。與瀝青油石比6.4%瀝青混合料相比，油石比6.7%時的試件破壞最大值減少2.8%。當(dāng)瀝青混合料中的瀝青油石比為6.7%時，其已超過混合的中標(biāo)定的最佳油石比。當(dāng)混合料中的油石比處于最佳時，其形成的試件破壞荷載值和抗拉強度值達到最大值。

4)隨著瀝青混合料的應(yīng)變的增大，應(yīng)力呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。隨著瀝青混合料中油石比的增大，油石比6.7%瀝青混合料形成的試件的最大應(yīng)變值相較油石比6.4%的應(yīng)變值前移，且最大應(yīng)力值減小。故表明為使瀝青混合料試件含有較高的穩(wěn)定性能，其油石比必須保持為最佳油石比。