張 夢(mèng)

（保定市交通運(yùn)輸局，河北 保定 071000）

引言

在我國(guó)北方地區(qū)，冬季嚴(yán)寒造成道路積雪結(jié)冰，使得路面與輪胎的附著系數(shù)降低，從而影響車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)性能和行駛安全。現(xiàn)階段廣泛采用的抗凝冰手段為撒布融雪劑破冰，對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成不可估量的損失。因此，研究既環(huán)保又有效的路面抗凍結(jié)方法迫在眉睫。采用橡膠顆粒代替部分細(xì)集料制備瀝青混合料，是一種有效的廢舊物品回收利用方式，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有益探索。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)抑制路面結(jié)冰進(jìn)行了深入的探討與研究，但并未形成一套完整的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。劉子銘等[4]證明了彈性路面具有一定的除冰效果；王中合等[5]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分析了瀝青與橡膠粉共溶反應(yīng)的變化規(guī)律，驗(yàn)證了細(xì)橡膠粉改性瀝青的路用價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料及方法

采用10 目橡膠顆粒、維他粘結(jié)劑TOR；粗集料采用潔凈、干燥、表面粗糙的玄武巖和破碎的礦粉；細(xì)集料采用機(jī)制砂。填料及集料的各項(xiàng)指標(biāo)均符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）要求。瀝青為 SBS 聚合物改性瀝青，實(shí)驗(yàn)室自制；油石比為6%，TOR 摻量為橡膠顆粒摻量的4%；橡膠顆粒摻量為集料質(zhì)量的0%～7.5%；抗凝冰劑摻量為2%。

成型工藝：（1）橡膠顆粒和投入集料干拌60 s；（2）投入TOR 維他黏結(jié)劑及瀝青拌和120 s；（3）投入抗凝冰劑和礦粉拌合60 s；（4）出料、成型。

2 橡膠顆粒瀝青混合料路用性能研究

2.1 力學(xué)性能試驗(yàn)

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型高170 mm，直徑150 mm 的圓柱形試件，切割成高150 mm，直徑100 mm 的圓柱形試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

式中：d—試件直徑，mm；P—試件破壞時(shí)的最大荷載，N；Rc—試件的抗壓強(qiáng)度，MPa。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，可以看出，瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒的增加不斷降低，主要是由于力學(xué)特性上石料與橡膠顆粒存在巨大差異，橡膠顆粒的強(qiáng)度遠(yuǎn)不及石料，也不能從本質(zhì)上取代石料，起不到撐開(kāi)粗集料骨架的效果，以至于其抗壓強(qiáng)度逐漸降低。

表 1 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

2.2 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

混合料的水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。橡膠顆粒摻量1%～7.5%范圍內(nèi)，混合料凍融劈裂比及殘留穩(wěn)定度均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求。隨著橡膠顆粒的加入，改性瀝青混合料的未凍融劈裂強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定度不斷降低；混合料的凍融劈裂比變化規(guī)律不明顯，但普遍呈減小趨勢(shì)，說(shuō)明橡膠顆粒的加入削弱了混合料的抗水損能力，導(dǎo)致混合料水穩(wěn)定性劣化。主要是由于橡膠顆粒具備回彈特性，隨著時(shí)間的增加，成型后混合料中發(fā)生回彈特性，內(nèi)部空隙增大；石料理想的接觸狀態(tài)成型后遭到破壞，其微觀本質(zhì)是石-石接觸狀態(tài)發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)瀝青相對(duì)減少，自由瀝青增多，內(nèi)摩阻角降低，故混合料的水穩(wěn)定性降低，抗剪切能力降低。

2.3 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，瀝青混合料路面易發(fā)生永久變形，進(jìn)而產(chǎn)生車(chē)轍病害。對(duì)路面的使用、美觀以及維護(hù)造成惡劣影響。基于此，有必要對(duì)瀝青路面的抗車(chē)轍能力進(jìn)行深入的研究，試驗(yàn)采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行。高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表 2 混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

表 3 車(chē)撤試驗(yàn)結(jié)果

隨著橡膠顆粒的加入，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈下降趨勢(shì)；橡膠顆粒摻量為0% 時(shí)混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最高，為5 522 次/毫米；橡膠顆粒摻量1%～7.5%的范圍內(nèi)，混合料滿足《SBS 改性瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DB33T 1170—2019）要求，動(dòng)穩(wěn)定度均大于3 000 次/毫米。橡膠顆粒摻量為7.5%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最低。主要是在力學(xué)特性（泊松比σ，彈性模量E）上橡膠顆粒與石料存在巨大差異，沒(méi)有起到撐開(kāi)粗集料骨架的效果。

圖 1 橡膠顆粒瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)曲線

橡膠顆粒瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖 1 。可以看出，橡膠顆粒摻量（A）與動(dòng)穩(wěn)定度（B）、振實(shí)VCA 值（C）三者的相關(guān)性較高（R2=0.99），即隨著橡膠顆粒的加入，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低，振實(shí)VCA 值逐漸升高，主要是由于橡膠顆粒加入量的增加，使得混合料整體更難以壓實(shí)；從抗車(chē)轍能力角度出發(fā)，對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度（B）與振實(shí)VCA 值（C）的回歸方程求解可知，振實(shí)VCA 值應(yīng)小于36.91%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大于3 000 次/毫米，即：VCA ≤36.91%。

2.4 低溫抗裂試驗(yàn)

低溫裂縫是瀝青路面的主要病害之一，隨著大量不斷重復(fù)的行車(chē)荷載，加之凍融循環(huán)和露水雨水的不斷侵入，導(dǎo)致裂縫頻繁出現(xiàn)、路面強(qiáng)度明顯降低，產(chǎn)生沖刷和積泥現(xiàn)象，使瀝青路面產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，加速老化破壞，嚴(yán)重影響路面使用的舒適程度。橡膠顆粒瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表 4 橡膠顆粒瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表4 可以看出，隨著橡膠顆粒的加入瀝青混合料的增加，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度不斷降低；橡膠顆粒摻量為4.5%時(shí)，破壞勁度模量先降低后升高，而破壞應(yīng)變先升高后下降。橡膠顆粒摻量在1%～7.5%范圍內(nèi)，混合料滿足改性瀝青混合料規(guī)范要求，破壞應(yīng)變均大于2 000 εμ。在一定程度上，加入橡膠顆粒能有效改善混合料的低溫抗裂性能，主要是由于橡膠顆粒具有彈性和柔性，低溫彎曲試驗(yàn)時(shí)石料在彼此擠壓后產(chǎn)生回彈變形，改變了普通瀝青混合料的石-石接觸狀態(tài)，混合料的低溫性能明顯改善；但由于石料和橡膠顆粒在強(qiáng)度上的存在較大差異，摻量較大時(shí)仍導(dǎo)致混合料的低溫抗裂性能降低。

圖 2 橡膠顆粒瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

橡膠顆粒瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。可以看出，隨著振實(shí)VCA 值的升高，破壞應(yīng)變呈先增加后降低的趨勢(shì)，且振實(shí)VCA 值與破壞應(yīng)變存在一定的相關(guān)性，破壞應(yīng)變大于2 000 εμ，VCA ≤36.45%。

2.5 橫向?qū)Ρ妊芯?/h3>

為進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化級(jí)配下的瀝青混合料的路用性能，通過(guò)與傳統(tǒng)的AC-13、OGFC-13 以及SMA-13 型級(jí)配的路用性能進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治?，其中，AC-13、OGFC-13 以及SMA-13 型級(jí)配分別采用各自相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)油石比級(jí)規(guī)范推薦的級(jí)配中值；橡膠顆粒瀝青混合料中油石比為6%，TOR 摻量為橡膠顆粒質(zhì)量的5%，橡膠顆粒摻量為集料質(zhì)量的4.5%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5。

表 5 瀝青混合料路用性能橫向?qū)Ρ仍囼?yàn)結(jié)果

從表5 可以得出，不論是從抗剝落性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性或高溫穩(wěn)定性的任何一個(gè)角度而言，都是SMA-13 型級(jí)配性能最為優(yōu)越。但橡膠顆粒摻量為4.5%時(shí)，優(yōu)化級(jí)配下的瀝青混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)都顯著優(yōu)于AC-13 及OGFC-13 型級(jí)配，且各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求，即優(yōu)化級(jí)配下的瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）相同級(jí)配下?lián)饺胂鹉z顆粒對(duì)瀝青混合料的彈性模量以及動(dòng)穩(wěn)定度的影響最為顯著，隨著橡膠顆粒摻量的提高，混合料的彈性模量、動(dòng)穩(wěn)定度降低；TOR 的摻入對(duì)彈性模量或動(dòng)穩(wěn)定度無(wú)顯著影響。相較未摻加橡膠顆粒的混合料，橡膠顆粒的摻入對(duì)混合料的低溫抗裂性具有明顯的改善作用，其水穩(wěn)定性、高溫抗車(chē)轍特性存在劣化作用，抗壓強(qiáng)度也逐漸降低。（2）橡膠顆粒摻量為4.5%時(shí)，瀝青混合料優(yōu)化級(jí)配下的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)都顯著優(yōu)于AC-13 及OGFC-13 型級(jí)配，且各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求，即優(yōu)化級(jí)配下的瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能。