橡胶热再生沥青混合料路用性能研究

王清华，高俊锋，欧阳煜

（长安大学公路学院，陕西西安 710064）

作者简介：王清华（1989－），男，长安大学公路学院硕士研究生，道路与铁道工程专业。

高俊锋（1988－），男，长安大学公路学院硕士研究生，道路与铁道工程专业。

欧阳煜（1990－），男，长安大学公路学院硕士研究生，道路与铁道工程专业。

摘 要：为了分析橡胶热再生沥青混合料的路用特性，分别对基质沥青混合料、不同掺量旧料橡胶沥青混合料、不同掺量橡胶粉沥青混合料和性能变化不同目数橡胶粉沥青混合料进行路用性能对比试验研究。结果表明：橡胶热再生沥青混合料可以较为显著地改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性。综合考虑性能变化规律以及经济因素，推荐旧料的合理掺量为25％，胶粉的合理掺量及合理目数分别为9．2％和80目。

关键词：橡胶沥青；沥青混合料；路用性能；合理掺量

Abstract：In order to analyze the pavement characteristics of rubber hot recycled asphalt mixture，the contrast tests of pave－ment performances were studied for base asphalt mixture，rubber hot recycled asphalt mixture with different contents of re－cycled asphalt pavement（RAP），waste rubber powder and different mesh of rubber powder．The result indicates that rub－ber hot recycled asphalt mixture can significantly improve the high temperature stability，water stability and low temperature anti－cracking of asphalt mixture．By comprehensive consideration the changes of performances and economic factors，the paper recommends reasonable content of RAP is 25％，the reasonable content of rubber powder is 9．2％and the reasonable mesh of rubber powder is 80．

Key words：Rubber asphalt；Asphalt mixture；Pavement performances；Reasonable content

1 前言

厂拌热再生混合料是指将沥青混合料路面旧料回收运至拌和厂，并集中破碎，再根据路面的使用要求，确定旧料的添加百分比，进行配合比设计，将旧料、再生剂、新沥青及新集料拌和从而获得达到标准的混合料。厂拌热再生具有良好的适应性，若经过适当的配合比调整可适用于公路各层路面；在一定的旧料掺量下，厂拌热再生沥青混合料各性能不比新的热沥青混合料差，其路用性能可以满足高等级路面的使用要求；该工艺还可节约大量的原材料，减少废旧料的处置，起到保护环境的作用，具有良好的经济效益和社会效益［1－3］。

与此同时，随着我国汽车保有量快速增加，废旧轮胎数量也急剧增长。据相关统计，至2012年我国已达到了2．21亿条。此外，因轮胎的主要材料在自然条件下难以降解，目前还没有很好的处理办法，我国对废旧橡胶的处理方法主要是集中放置、焚烧或掩埋，但这又容易引发污染地下水源、占用大量土地资源、滋生蚊虫传播疾病及污染空气等一系列问题［4－5］。对此，国内外越来越多的专家开始对废胶粉在公路领域的应用进行研究，主要有：橡胶改性沥青、橡胶（粉）沥青混凝土等，而在沥青路面再生方面的应用还鲜有报道。橡胶沥青是将废旧轮胎原质加工得到的橡胶粉粒按一定的级配比例组合（可另外添加相应改性剂），经过一定的工艺，与基质沥青充分溶胀反应后得到的一种性能优良的改性沥青胶结材料［6］。利用橡胶沥青进行路面热再生技术就是把废橡胶粉和废沥青混合料相结合而进行路面废旧材料的再循环利用［7－8］。

本研究以废旧沥青再生料（RAP）为主要原料，利用废旧橡胶粉对其进行改性，将橡胶沥青和热再生技术的优势充分结合，既可发挥橡胶沥青混合料的高温稳定性，消耗大量废旧橡胶轮胎等，又可增强再生混合料的低温柔韧性，减少环境污染等。

2 试验方案设计

2．1 原材料

（1）基质沥青为壳牌70＃重交通石油沥青，其主要技术指标见表1。

表1 基质沥青主要技术指标

（2）集料为陕西户县产优质闪长岩，其主要技术指标见表2和表3。矿粉为石灰岩磨制，其主要技术指标见表4［11］。

表2 粗集料主要技术指标

表3 细集料主要技术指标

表4 矿粉主要技术指标

（3）橡胶粉为天津市武清区六合橡胶粉厂产20目、40目、80目橡胶粉，其主要技术指标见表5。

表5 胶粉技术指标

（4）再生剂主要技术指标见表6，经试验研究，确定其掺配比例为20％。

（5）采用燃烧法确定旧料油石比为4．5％［9］，采用抽提法，经标准筛筛分，确定旧料沥青混合料级配，见表7［10］。

表6 沥青再生剂技术指标＊

＊注：芳香分含量是根据再生剂原料配比计算所得，闪点、TFOT黏度比和TFOT重量变化由普通70＃沥青加10％ARA沥青再生剂所测得

表7 回收料筛分结果表

2．2 试验方案

（1）拌和流程

根据国内外研究，结合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）要求［12］，本文确定其拌和流程为：先将旧料预热，拌和时最先加入拌缸，再加入再生剂并拌和90s，使其混合均匀；其次，将新集料与橡胶改性沥青（本文采用“湿法”工艺）加入并拌和；最后再加入矿粉，拌和使其混合均匀。旧料预热温度为130℃左右，基质沥青拌和温度为160℃左右，橡胶沥青拌和温度为180℃左右。

（2）混合料配合比设计

本研究采用再生混合料的级配标准为规范中粒式AC－16密级配沥青混凝土，级配标准见图1。

图1 AC－16级配标准

按照AC－16级配标准分别进行回收料掺加量为0％、25％、35％、50％四组级配设计，最终确定的级配见表8。

表8 合成级配

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求，采用马歇尔试验配合比设计方法确定新料基质沥青混合料、新料橡胶沥青混合料、回收料掺量为25％的橡胶热再生沥青混合料的最佳油石比分别为4．3％、5．3％、4．4％。根据有关文献，在级配曲线相近时，所用集料不变，其油石比变化不大，因此，本文在35％RAP及50％RAP掺量确定取4．4％作为最佳油石比。

3 混合料路用性能试验与分析

3．1 高温稳定性能

采用车辙试验方法，以动稳定度为指标评价沥青混合料的高温稳定性能。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行，试验温度为60℃，轮压为（0．7±0．05）MPa，行走方向与成型时碾压方向一致。试验结果如图2所示。

从试验结果可以得出以下结论：

（1）在RAP掺量为25％，胶粉掺量为9．2％的条件下，随着胶粉目数的增加，其动稳定度有了大幅度提高，且加入80目胶粉的效果最为显著，相比基质沥青提高了63％，且比采用新集料和基质沥青提高了68．7％。可能原因是80目的橡胶粉相对20目、40目更细，其溶于基质沥青效果更好，橡胶粉具有更好的耐高温性能。

图2 沥青混合料车辙试验结果

（2）RAP掺量为25％，胶粉目数为80目的条件下，胶粉的掺入对于热再生沥青混合料的高温性能提高明显，且随着胶粉掺量的变大呈正相关，胶粉掺量为14．1％时，相比基质沥青动稳定度提高了81．2％，可能是橡胶粉本身的耐高温性能引起的。

（3）在胶粉掺量为9．2％，目数为80目的条件下，随着RAP掺量的增大，动稳定度呈现先增大，后减少趋势，变化差别不大，但相对于基质沥青，橡胶沥青有更优越的耐高温性能。

3．2 低温抗裂性能

通过小梁低温弯曲试验，以破坏应变为指标评价沥青混合料的低温抗裂性能。测定其弯拉强度、破坏应变如图3所示。

图3 沥青混合料小梁弯曲试验结果

从试验结果可以得出以下结论：

（1）在RAP掺量为25％，胶粉掺量为9．2％的条件下，随着胶粉目数的增加，其破坏应变逐渐增大，表明其低温抗裂性随之提高，且在胶粉目数为80目时，与新集料及基质沥青及混合料低温抗裂性相比，其低温抗裂性略有提高。

（2）在RAP掺量为25％，胶粉目数为80目的条件下，热再生沥青混合料的低温性能随着胶粉掺量的增加有所提高，但其提高幅度不大。

（3）在胶粉掺量为9．2％，目数为80目的条件下，随着RAP掺量的增大，基质沥青与橡胶沥青热再生的低温性能都有所下降，但橡胶沥青下降的幅度更小。当RAP掺量为50％时，基质沥青热再生混合料的低温性能下降很明显，而橡胶沥青热再生混合料下降趋势很小。因此，相对基质沥青，80目9．2％胶粉掺量的橡胶沥青混合料有更好的低温性能。

3．3 水稳定性能

研究采用冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性，并采用冻融劈裂强度比TSR指标。试验结果如表9所示。

表9 沥青混合料冻融劈裂试验结果

从试验结果可以得出以下结论：

（1）在RAP掺量为25％，胶粉掺量为9．2％的条件下，随着胶粉目数的增加，其冻融劈裂强度比增大，且胶粉为80目时，其TSR为89．1％，与新料和基质沥青组成的沥青混合料的89．97％相差不大。

（2）在RAP掺量为25％，胶粉目数为80目的条件下，随着胶粉掺量的增加，其冻融劈裂强度比呈下降趋势，其水稳定性有所降低，但与基质沥青相比，TSR差别不大。

（3）在胶粉掺量为9．2％，目数为80目的条件下，随着RAP掺量的增加，热再生沥青混合料的水稳定性下降，相对于基质沥青，以橡胶沥青为调和沥青的沥青混合料其水稳定性更强且随着RAP掺量的增大，冻融劈裂残留稳定度下降的比率更小。

3．4 冻融循环后低温弯曲试验

由低温引起的破坏，往往伴随着冻融过程，为了能更好的对热再生沥青混合料进行低温研究，本文将一部分小梁进行16h－18℃控温，再在常温水中保温12h后进行小梁弯曲试验，与未冻融的进行对比，其结果如图4所示。

图4 冻融前后低温性能对比表

从试验结果可以得出以下结论：

（1）在RAP掺量为25％，胶粉掺量为9．2％的条件下，掺加20目、40目和80目胶粉的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度分别为11．1％、18．6％和10．4％，80目胶粉的橡胶沥青冻融后的低温性能下降幅度最小。

（2）在胶粉掺量为9．2％，目数为80目的条件下，虽然在冻融前胶粉掺量越高，混合料低温性能也越好，但冻融后，反而是胶粉掺量为9．2％的低温下降幅度最小，因此，如果考虑到实际路面低温往往伴随冻融的现象，可推测胶粉掺量并不一定是越大越好。

（3）在胶粉掺量为9．2％，目数为80目的条件下，随着RAP掺量的增大，基质沥青冻融后的低温性能下降幅度逐渐增大。当在RAP掺量为25％时，试件冻后的低温性能相对冻前的下降幅度增大迅速。由表可知，随着RAP掺量的增加，橡胶沥青冻融后低温性能下降幅度随之提高，但当达到一定RAP掺量后，变化幅度就不再增大。

4 结语

通过对新料基质沥青混合料、回收料掺量分别为25％、35％和50％、胶粉掺量分别为6．4％、9．2％和14．1％以及胶粉目数分别为20目、40目和80目的不同组合下橡胶热再生沥青混合料进行高温车辙试验、小梁低温弯曲试验、冻融劈裂试验和冻融循环后小梁弯曲试验，认为橡胶热再生沥青在不降低水稳定性的情况下，一定程度上可以改善沥青混合料的高温稳定性，而且，橡胶沥青热再生混合料相对基质沥青热再生沥青混合料有更优越的低温性能，尤其考虑到路面经受低温影响时往往伴随着冻融的现象，橡胶沥青混合料经过冻融后的低温性能下降很小，相对基质沥青热再生混合料有更好的耐久性及低温性能。因此，综合考虑各方面性能变化规律和经济因素，建议在实际工程中应用橡胶热再生沥青混合料时，采用RAP掺量为25％，橡胶粉掺量为9．2％，橡胶粉目数为80目。

参考文献

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［12］JTG E20－2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］．北京：人民交通出版社．