路桥科技
221
马兵强
（中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南 郑州 450001）
摘要：橡胶改性沥青混合料作为面层时，具有较好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、降噪性能、汽车行驶安全性。在循环经济中，橡胶改性沥青有重要的作用。介绍了橡胶改性沥青混合料的特点，在市政道路面层中的应用。
关键词：橡胶改性沥青；市政道路；路面结构
随着中国经济的发展，汽车保有量大幅增加，带来了大量的废旧轮胎，对社会环境造成了严重的污染，橡胶改性沥青的推广和应用可以为这些黑污染提供较好的环保解决措施。 车辆在道路上行驶，是城市噪声的主要来源，橡胶改性沥青路面在降噪方面，性能优越；橡胶改性沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性、抗老化性、水稳定性等方面也有很好的性能。 1 橡胶改性沥青路面的特点 1.1 橡胶屑 橡胶屑中
合成橡胶和天然橡胶含量对橡胶沥青的性能有重要影响，应选择橡胶烃和天然橡胶含量高的废旧轮胎作为橡胶屑的原料，如卡车和大型乘用车辆轮胎。橡胶屑最常用的加工方法是辊碾破碎法，这种方法以撕裂、剪切的方式加工形成橡胶屑，橡胶屑形状不规则而带毛刺，部分呈细长形而有较高的比表面积，比较适合于作为橡胶改性沥青的橡胶屑。 1.2 橡胶改性沥青 橡胶改性沥青为橡胶屑在热沥青中经机械剪切研磨，使其融解并均匀地分布在基质沥青中的改性材料。其工艺有干法和湿法两种：干法是指将一定粒径的废旧轮胎橡胶屑加入到热拌集料中，再与高温基质沥青搅拌而形成的混合料；湿法是指将一定粒径的废旧轮胎橡胶屑与添加剂同时加入到高温基质沥青中，经过胶体研磨和高速剪切混融而成橡胶沥青胶结料，再与集料拌和的工艺。目前，采用较多的是湿法工艺，这种工艺能更好地保持橡胶屑的特性。 橡胶屑与基质沥青应有良好的相容性，所谓相容性是指橡胶屑能否消融并均匀地弥散在基质沥青中的性能。此目的主要是希望橡胶屑尽可能消融于热沥青中并形成微米级形态的均匀分布，而不发生分层、离析，具有良好的储存稳定性和可以进行工厂化的生产。橡胶屑与基质沥青之间的相容性对橡胶改性沥青性能有着重要影响。橡胶改性沥青的相容性可以通过结合料的各项性能是否长期保持稳定不变、结合料的溶解度和存储的稳定性、颗粒分布的显微结构形态等方面进行评价，相容性良好的橡胶改性沥青其橡胶屑应基本消融于沥青中，并在显微结构上以微米级的形态均匀地分布在基质沥青中。 1.3 橡胶改性沥青作用机理 废旧轮胎橡胶屑中含有天然橡胶、合成橡胶、抗老化剂、硫磺、碳黑等成分，这些成分有利于提高橡胶改性沥青混合料的品质。橡胶可以提高基质沥青的软化点、延度和弹性恢复性，降低针入度；抗老化剂能提高基质沥青的抗老化性能；硫磺可以改善沥青混
合料的高温稳定性；碳黑可以改善基质沥青的黏附性、耐久性和抗磨性、提高沥青混合料的抗车辙性能。 在橡胶改性沥青生产时，橡胶屑与沥青接触，两者之间会发生明显的物理、化学反应。橡胶屑部分裂解，硫、丙酮抽出物和油性填充剂、抗老化剂、锌化合物等外加剂和部分碳黑等活性成分通过交换进入沥青，这些物质基本上对沥青性能是有益的，可以起到改善沥青的高温性能、抗老化性能和沥青与矿料的界面黏接条件的作
用。沥青中的蜡和轻质组分被橡胶屑吸收，橡胶屑的力学性能有所
降低，但仍高于普通沥青，因此，沥青的高、低温性能都会有较大的改善。 1.4 橡胶改性沥青混合料路面的主要特点
降噪轮胎橡胶屑的部分成分与沥青质胶团均匀地分布在基质沥青中，形
成一个稳定的、不易产生离析的体系，最终改变了沥青的胶体结构。
橡胶改性沥青的特点包括：
（1）高温稳定性。橡胶屑的加入使沥青的黏度增加，因而提高
了沥青的抗高温变形能力。在采用18%左右掺量下，橡胶改性沥青的高温分级比基质沥青可以提高2-3级。明显提高了路面抗车辙和永久变形能力。
（2）水稳定性。橡胶屑掺入到沥青后吸收沥青中的芳香芬和饱和分而发生溶胀，使得沥青中的酸性成分增加，从而增强了沥青与集料的黏附性。橡胶改性沥青的高黏结力特性可有效改善其混合料的水损坏及沥青膜抗剥落能力，从而使橡胶改性沥青具有很好的水稳定性。
（3）耐久性能。在橡胶制作轮胎的配方中，加入了大量的抗老化剂，包括热稳定剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂、变价金属抑制剂等。这些抗老化剂，加上对光屏蔽非常有效的碳黑填充剂，在橡胶改性沥青的生产过程中会大量释放到沥青中，从而极大改善沥青混合料的抗老化性能。轮胎优异的抗疲劳性提高路面的耐久性能，混合料胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂，提高了道路抗老化、抗氧化能力，道路的耐久性能得到提高，使得
道路的养护费用明显降低。 （4）低温抗裂性能。低温下沥青的抗开裂性差，温度收缩裂缝是冬季低温地区的主要问题。由于橡胶本身有很好的可塑性和延展性，橡胶屑改性后的沥青在低温时呈现橡胶的柔性，使橡胶改性沥青低温延度比原基质沥青大大提高，柔韧性增加，抗低温脆裂能力增强。利用橡胶改性沥青的低温抗裂性能，能有效控制温缩裂缝的产生与扩展。因此橡胶屑改性沥青较适合在北方冬季低温环境中应
用。此外，橡胶改性沥青在低温状态的模量显著低于其他沥青，这一特性被很多寒冷地区用于建设冬季自动除雪道路。 （5）抗裂性能。由于橡胶改性沥青混合料中的胶结料含量高，恢复性能好，提高
了路面对疲劳裂缝、反射裂缝的抵抗能力。橡胶屑与沥青互相融合，与胶结料一起包裹集料，使集料更紧密的黏结在一起，有更强的抗裂性。 （6）降低行车噪音。由于橡胶屑本身的弹性能使混合料的弹性明显增加，表现为回弹变形增大、模量减小，应力扩散和吸收能力增强，增强路面阻尼减振功能，起到降低路面噪声的作用；由于橡胶改性沥青结构的多孔性，当声波入射到路面上时会产生空腔共振作用吸收声能，能减少噪声反射，具有降噪效果。有研究表明，橡
胶改性沥青路面较常规的AC 路面降噪3dB 左右。 （7）提高行车安全性。因橡胶路面的柔性，将缓冲路面局部不平整引起车辆的振动，改善车辆轮胎与地面的附着性能，缩短制动距离；橡胶中的炭黑能够使路面长期保持黑，与标线的对比度高，视觉提醒明显，并且道路更加美观。 2 橡胶改性沥青混合料应用
根据上述橡胶改性沥青的优点，郑州市某地面快速路采用橡胶改性沥青混合料面层进行设计，路面结构见表1。 表1 郑州市某地面快速路路面结构 层位 混合料类型 厚度
上面层 连续级配SBS 橡胶改性沥青混合料TRHMA-AC-13C 4cm 中面层 连续级配SBS 橡胶改性沥青混合料TRHMA-AC-20C 6cm 下面层 连续级配沥青混合料AC-25C 8cm
上基层 4.5%水泥稳定碎石 19cm 下基层 4.5%水泥稳定碎石 19cm
底基层 3.5%低剂量水泥稳定碎石 18cm 橡胶改性沥青混合料设计与常规沥青混合料并无原则区别，包括原材料的选用与特性试验、矿料级配组成设计、最佳沥青用量确定、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、渗水试验等。橡胶改性沥青一些特殊要求主要体现在以下几个方面。
发布评论