李成

【摘要：】为研究温拌橡胶沥青混合料拌和与击实温度的确立方法及其对混合料路用性能的影响，文章在温拌橡胶沥青混合料配合比设计的基础上，通过沥青混合料的马歇尔试验建立不同击实温度条件下空隙率的变化曲线和拟合方程，以热拌橡胶沥青混合料的空隙率作为目标空隙率，求出温拌橡胶沥青混合料的最佳拌和与击实温度，并进行该成型条件下的路用性能对比分析。结果表明：温拌橡胶沥青混合料的成型温度较热拌橡胶沥青混合料显著下降，其最佳击实温度和拌和温度控制在146 ℃和156 ℃;就路用性能表现而言，其高温性能明显增加，水稳定性保持稳定，低温性能出现略微衰减，可有效满足道路使用要求。

【关键词：】温拌橡胶沥青混合料;拌和与击实温度;性能指标

U416.03A250763

0 引言

在“碳达峰、碳中和”的发展背景下，实现沥青路面的可持续发展已成为我国道路建设的主要发展趋势之一。而橡胶沥青既能消纳大量废旧轮胎制成的胶粉，又能有效提升沥青的路用性能，在我国作为一种绿色环保材料受到广泛关注[1]。但在橡胶沥青混合料的生产过程中，由于生产温度较高，会产生较多的碳排放以及有害气体，不仅污染环境，对沥青也会造成一定程度的老化，使其混合料性能受损，这也是当前橡胶沥青混合料推广受限的主要因素。而温拌技术能够有效降低混合料的施工温度，如果两者相结合可将橡胶沥青升级成更全面的“绿色”道路建设新材料，对其应用推广将有极大的促进意义[2-5]。

目前相关研究主要集中在温拌橡胶沥青路用性能方面，而对混合料的拌和与击实温度这一质量关键控制环节研究较少。因此，本文基于室内试验对温拌橡胶沥青混合料拌和与击实温度的确立方法及其对混合料路用性能的影响进行相关研究，为今后同类型工程的推广应用提供参考依据。

1 原材料及试验方案

1.1 原材料

采用壳牌70#沥青作为基质沥青，以常州荣奥化工新材料有限公司產的20～60目橡胶粉作为橡胶粉原材料，粗、细集料分别采用玄武岩及石灰岩机制砂，矿粉采用磨细石灰岩，纤维采用木质素纤维，采用有机降粘型温拌剂Sasobit作为温拌剂原材料。主要材料技术指标如表1～2所示。

1.2 温拌橡胶沥青的制备

将基质沥青加热至流动状态后，加入设计掺量的橡胶粉，普通搅拌1 h后再高速剪切10 min即可制得橡胶沥青。在橡胶沥青基础上加入设计掺量的温拌剂普通搅拌5 min即可制得温拌橡胶沥青。整个加工过程温度维持在180 ℃～190 ℃，普通搅拌速率为500 rad/min，高速剪切速率为4 000～5 000 rad/min。各组分质量比为基质沥青∶橡胶粉∶温拌剂=100∶20∶3。

1.3 试验方案

在温拌橡胶沥青混合料配合比设计的基础上，基于沥青混合料的马歇尔试验建立混合料在不同击实温度条件下的空隙率变化曲线并求得拟合方程，以热拌橡胶沥青混合料最佳油石比条件下的空隙率作为目标空隙率，求出温拌橡胶沥青混合料的最佳拌和与击实温度，并在该成型条件下进行混合料的车辙动稳定度试验、低温弯曲试验以及冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验等路用性能对比试验。

拌和与击实温度对温拌橡胶沥青混合料路用性能的影响研究/李 成

2 温拌橡胶沥青混合料配合比设计

通过前期试验及综合相关经验工程分析，确定采用SMA-13作为热拌橡胶沥青混合料的级配类型，选定的合成级配及其限定范围如图1所示。

参考同类型施工经验，选取6.1%、6.6%、7.1%和7.6%四个不同油石比制备热拌橡胶沥青混合料SMA-13马歇尔试件，其制备方法及要求依据《公路工程沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）进行控制，其拌和温度范围控制在185 ℃，击实温度控制在175 ℃。相关马歇尔试验结果如表3所示。

以目标空隙率5.2确定热拌橡胶沥青混合料SMA-13的最佳沥青用量为6.6%。研究表明，温拌剂的加入不会使得混合料的沥青用量产生明显变化，同时温拌橡胶沥青混合料的级配与沥青用量一般是沿用热拌橡胶沥青混合料相关参数。为便于分析温拌橡胶沥青混合料路用性能在拌和温度与击实温度影响下的变化，本文选定热拌沥青混合料的配合比相关设计参数作为温拌橡胶沥青混合料的设计参数。

3 温拌橡胶沥青混合料拌和与击实温度的确定

基于粘温曲线测定拌和与击实温度是普通热拌沥青混合料测定成型温度的常用方法，但橡胶沥青并不适用该方法，这是因为其材料黏度过大导致测定的成型温度会较大幅度超出实际温度。为准确测定温拌橡胶沥青混合料的拌和与击实温度，本文通过测定温拌橡胶沥青混合料在不同击实温度条件下的空隙率变化曲线，以热拌橡胶沥青混合料最佳油石比条件下的空隙率为目标值求得温拌橡胶沥青混合料的击实温度，具体如图2所示。

从图2可以看出，温拌橡胶改性沥青混合料的空隙率随着击实温度增加而不断降低。这主要是因为温拌橡胶沥青的黏度随着击实温度升高而降低，此时温拌橡胶沥青在集料颗粒间能够起到很好的润滑作用，使得混合料在击实作用下能够达到较高的挤压密实程度，最终降低空隙率。击实温度较低的话会导致沥青较硬不便于压实，导致沥青空隙率过高，温度过高也会导致流动性过高，对混合料的压实起到反面效果，所以必须确立混合料的最佳击实温度。通过对空隙率-击实温度的关系曲线进行拟合可得到相关线性方程y=-0.079 5x+16.785，其相关系数达到0.987，说明该公式可很好地用于表征空隙率与击实温度之间的关系。以目标空隙率代入拟合公式可以计算出温拌橡胶沥青混合料的击实温度为146 ℃。依据经验法提升10 ℃作为拌和温度，推测其拌和温度为156 ℃。温拌橡胶沥青混合料的击实温度与拌和温度可在热拌橡胶沥青混合料基础上下降29 ℃。

4 温拌橡胶沥青混合料路用性能研究

4.1 高温、低温性能

对两种混合料分别进行车辙动稳定度试验及低温弯曲试验，以60 ℃温度及0.7 MPa轮压条件下测定的动稳定度值和-10 ℃及50 mm/min加载速率下测定的弯曲劲度模量分别作为高温抗车辙能力评价指标和低温抗开裂能力评价指标。具体试验结果如表4、表5所示。

从表5可以看出，两种沥青混合料的动稳定度值及弯曲劲度模量均符合规范限定要求，温拌橡胶沥青混合料的动稳定度在热拌橡胶沥青混合料的基础上增加约30%，而彎曲劲度模量则降低约8%。这说明温拌橡胶沥青混合料的高温抗车辙能力更强，但低温抗开裂性能较差。这是因为采用了以有机蜡为主要成分的有机降粘型温拌剂后，虽然提升了温拌橡胶沥青混合料的高温性能，但在低温情况下沥青会因为有机蜡成分结晶析出导致沥青变脆，使集料与沥青之间无法进行有效粘附，从而使得混合料的低温性能降低。

4.2 水稳定性

对两种混合料分别进行冻融劈裂试验及浸水马歇尔试验，以25 ℃及50 mm/min加载速率下测定的水损害前后劈裂破坏的强度比以及浸水马歇尔残留稳定度比作为水稳定性评价指标。具体结果如表6、表7所示。

从表6、表7可以看出，两种沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比与残留稳定度均满足规范限定要求，这表明两种沥青混合料均满足了路面抗水损害要求。从试验数值而言，温拌橡胶沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度与浸水马歇尔残留稳定度较热拌橡胶沥青混合料分别下降了2%和1.3%，两种沥青混合料之间的差异并不明显，说明沥青混合料采用温拌的形式不会对水稳定性产生较大影响。

5 结语

（1）基于温拌橡胶沥青混合料在不同击实温度条件下的空隙率变化曲线以及热拌橡胶沥青混合料最佳油石比条件下的空隙率可求得温拌橡胶沥青混合料的击实温度为146 ℃，拌和温度为156 ℃。采用温拌形式可使得沥青混合料的击实温度与拌和温度下降29 ℃。

（2）与热拌橡胶沥青混合料相比，在推算成型温度条件下成型的温拌橡胶沥青混合料具备更好的高温性能，水稳定性也较为稳定，但低温性能有所下降。

（3）温拌橡胶沥青混合料可在保证路用性能条件下实现施工温度的显著降低，有效减少碳排放，积极促进废旧轮胎循环使用，可作为环保节能施工技术进行有效推广。

参考文献：

[1]李建鑫.温拌橡胶沥青混合料路用性能及应用研究[J].合成材料老化与应用，2019，48（4）：67-72.

[2]代 璐，崔 欣.温拌橡胶沥青混合料的节能减排[J].筑路机械与施工机械化，2018，35（4）：68-7 76.

[3]韩 烨.基于有机降粘型添加剂的温拌橡胶沥青混合料设计与性能研究[D].济南：山东建筑大学，2017.

[4]王铁庆.橡胶沥青评价指标和温拌橡胶沥青SMA混合料技术研究[D].西安：长安大学，2017.

[5]王志祥，霍洋洋，党合欢.温拌橡胶沥青混合料拌和和压实温度研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2015，39（3）：647-651.