橡胶沥青混合料级配及高温性能研究综述

中图分类号：U414 文献标识码:A 文章编号：1007-0745（2013）09-0359-01

摘要：本文对国内外不同的橡胶沥青混合料级配类型特点进行了介绍，并对橡胶沥青混合料高温稳定性和干法工艺橡胶沥青混合料的一些研究成果进行了综述。

关键词：橡胶沥青混合料 级配 高温性能 干法工艺

引言

由于沥青混合料所固有的粘弹特性、影响沥青路面高温特性的因素的多样性、车辙形成的复杂性，使得永久性变形成了一个世界性的难题[1]。虽然橡胶沥青的粘度高于一般的改性沥青，但是橡胶沥青混合料的结合料用量通常较高，远高于一般的沥青混合料（包括SMA），在如此高的油石比（7％~8％）条件下，对其高温稳定性仍需谨慎。同时各地的研究成果差异很大，在橡胶沥青混合料的级配类型选择、矿粉运用等方面远未达成一致，需要进行更深入系统的研究。

1橡胶沥青混合料的级配类型与特点

国内外研究表明，橡胶沥青一般不适用于密级配，而适用于间断级配和开级配，因为密级配没有足够的矿料间隙率容纳橡胶沥青，无法增加沥青用量以充分发挥橡胶沥青的优良路用性能。

橡胶沥青混合料最典型的两种级配是美国亚利桑那州的AR-AC和德州的SMAR。亚利桑那州的间断级配为我国很多橡胶沥青工程单位所采用，但该级配具体断在哪个筛孔尺寸上，似乎难以看出来，因为在整个级配曲线上还是连续的，有人认为该级配不用或少用矿粉，所以是断在0.075mm以下粒径，这实际上是误解。间断级配是指在集料组成分布上有一个或几个粒径缺失或数量明显较少（主要是细料），粗集料相对较多的级配，而且在很多情况下都是一个或几个细料粒径的数量大为减少，但往往并非完全没有，还是有那么一点点。正是因为有那么一点点，所以在级配曲线上还是连续的，这就给人们造成了误解，以为还是连续级配，但实际上因为细料数量较少，粗料较多，从而形成了石―石接触的骨架结构，与传统的形成悬浮结构的连续级配明显不同，为此将这样的级配归属于间断级配的范畴。德克萨斯州的橡胶沥青断级配混合料采用SMA的级配原理设计混合料级配，称为SMAR。SMAR采用旋转压实仪进行设计，需要适量添加矿粉（掺量比SMA略低）作填料。SMAR级配组成与传统的SMA级配基本相同，采用较多的粗集料形成骨架嵌挤结构，通过橡胶沥青、矿粉及部分细集料形成的玛蹄脂填充粗骨料空隙[2]。

目前国内各单位对于橡胶沥青也均推荐采用断级配或开级配，但在橡胶沥青混合料的整体结构上存在很大区别。有些单位虽然在矿料级配上选择断级配，矿料间隙率大，但是由于采用较高的沥青用量填充空隙，使整个混合料的剩余空隙率控制在4％~6％的范围内，形成了密实结构，所铺路面不会产生渗水问题。另外有些单位的思路则明显不同，设计出的橡胶沥青混合料整体空隙率达到18％~20％，实际上属于排水性路面结构[3]。从这里也可以看出，尽管集料级配是开级配或间断级配，当使用橡胶沥青时它既可以配制成空隙结构混合料，也可以配制成密实结构混合料，这是与使用普通沥青的不同之处。

橡胶沥青混合料采用间断级配基本上已经成为大家的共识，但是在如何控制粗细集料的比例、是否添加矿粉上，还有不同的认识和做法。橡胶沥青混合料粗细集料的分界筛孔是像普通沥青混合料一样采用2.36mm还是像同为间断级配的SMA一样采用4.75mm，对于这一问题，各单位的看法并不一致。《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》中对于ARHM13（W）的矿料间隙率VMA仅要求不小于14％，而江苏省交通科学研究院提出的AR-AC-13S型级配要求VMA≥20％，目的是留出空间以容纳更多的橡胶沥青。张泽鹏等人在广东兴畲高速公路橡胶沥青试验路上，对上面层的RAC-13要求VMA≥12+设计空隙率（％）。亚利桑那州规范规定橡胶沥青混合料可以不使用矿粉或使用很少的矿粉，但工程实践表明这应该是有前提的，只有当所配制的橡胶沥青含有高剂量胶粉而具有很高的粘度，软化点超过65℃以上，在高温下不至于失稳，并且在橡胶沥青混合料设计时通过析漏试验验证，才可以不使用矿粉，否则很可能导致混合料高温稳定性不足，因此这就要求橡胶沥青的配方设计与混合料的级配设计必须匹配。

2橡胶沥青混合料的高温性能

亚利桑那州研究人员通过三轴试验测定混合料的粘聚力和内摩擦角，结果表明橡胶沥青混合料的粘聚力小于非橡胶沥青混合料，但橡胶沥青混合料的内摩擦角大于非橡胶沥青混合料。首先，国内外学者普遍认为，提高沥青混合料内摩擦角比提高粘聚力更能有效提高沥青混合料的高温抗车辙能力。但是，橡胶沥青混合料主要是通过提高混合料的内摩擦角来改善混合料的高温性能，而不是通过粘聚力，这多少与橡胶沥青高粘度的特点有些矛盾。

吕伟民[4]认为可以采用橡胶沥青代替SBS改性沥青铺筑SMA路面，不掺加纤维，矿粉使用得较多，同时橡胶沥青的粘度可适当降低，胶粉剂量减小，油石比也可降低至6.5％左右，路用性能同样很好，但成本相对较低。

王伟[5]利用室内车辙试验（包括浸水车辙）对橡胶沥青混合料高温性能的影响因素进行了全面分析，通过对不同的成型方式、沥青、胶粉目数、胶粉掺量、集料类型、级配等对橡胶沥青混合料高温稳定性的研究，找出了其中主要的影响因素。

3干法工艺橡胶沥青混合料

对于橡胶沥青混合料，世界上绝大多数研究都集中在湿法上，普遍认为干法工艺铺筑的道路路面性能不稳定。不过，干法工艺在橡胶粉颗粒尺寸、橡胶粉用量上的巨大优势还是吸引了众多研究者的关注，并取得了大量有价值的成果。一般认为对于干法工艺，废胎胶粉则主要是填充作用，但这种认识并不全面，对于干法工艺，废胎胶粉不仅有填充作用，同时也会增加沥青的粘度，改善沥青的性能。

近年来有德国公司研发出了一种名为维他连接剂的专利产品（简称TOR），TOR的应用可以解决橡胶沥青粘稠问题，降低施工温度，从而改善施工和易性，并提高橡胶沥青的性能。在干法工艺中添加橡胶粉，同时添加橡胶粉质量4.5％的TOR，不仅可以促进橡胶与沥青的反应，改善橡胶沥青混合料的物理力学性能，而且橡胶粉可以替代一部分沥青材料，从而使基质沥青用量降低，因而使人们对干法的认识发生了改变[4]。

参考文献：

[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]孙雪伟.AR-AC13橡胶沥青混合料设计与施工[J].中外公路，2008.

[3]吕伟民.橡胶沥青路面主要结构类型与工程应用[J].筑路机械与施工机械化，2009.

[4]吕伟民.橡胶沥青路面技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]王伟.橡胶沥青混合料高温性能研究[D].上海：同济大学，2008.