橡胶沥青在国内工程中的应用研究
【摘要】介绍了废旧橡胶粉改性沥青的国内外应用状况，并结合实际工程的应用情况，分析了橡胶沥青的主要技术特点及混合料的路用性能等指标，通过综合分析，证明橡胶沥青是一种性能优良的路用材料，具有很广阔的应用前景。
【关键词】：橡胶沥青、配合比、路用性能
轮胎橡胶粉对沥青改性能力，来自于轮胎同样在道路使用条件下的性能优势，主要有：一、路面受力来自轮胎胎面的传递，轮胎橡胶受力状态远比路面材料严酷和复杂；二、轮胎橡胶的设计要承受持续的拉压动态作用，而且不像路面材料那样允许考虑荷载间隙时间，抗弯拉和抗剪切疲劳性能高；三、轮胎的材料设计必须考虑各种极端气候条件，耐候性、耐老化性能远比路面材料要求高。
国际上最早的橡胶改性沥青的文献见于1843年的英国专利。现代意义上的橡胶沥青混合料首先出现在20世纪40年代的美国。美国上世纪60年代，CharlesH.Mc-Donald发明橡胶沥青。在美国的亚利桑那、加州、德州、佛州和南非等国家和地区，橡胶沥青已经成为最常用的道路罩面材料。在葡萄牙、西班牙、澳洲、法国、巴西等国,相关应用迅速发展。随着我国节约型社会政策导向日趋明显，旧路罩面和改造以及城市低噪声路面项目快速增加，以及橡胶沥青工业化装备和攻关性研究的持续进展，橡胶沥青在我国的规模化应用已经渐次展开。
按照ASTMD6144—97[2]标准的定义，橡胶沥青是含量15%以上的橡胶粉在高温状态下(180℃以上)与沥青熔胀反应得到的改性沥青胶结材料。橡胶沥青的加工强调搅拌和反应时间。橡胶粉在与沥青高温充分混合状态下吸收沥青轻质组分而熔胀，同时在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。熔胀后橡胶粉体积达到胶结料的近40%，橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接。形成一个粘度很大的半固态连续相的体系。
橡胶沥青反应机理的独特性，必然导致力学作用机理的独特性，最终将反映到指标上的特别表现。橡胶沥青优势性能显著，技术特点鲜明。但是，在我国推广应用一直并不顺利,主要原因之一、就是橡胶沥青的常规指标外像与其他高聚物改性沥青存在重大差异；二、就是我国刚开始这方面的应用，尚缺乏相应的定额指标，从工程的应用情况来看，橡胶沥青及混合料的单价明显高于一般的沥青混凝土，如何从全寿命方面来评价橡胶沥青及混凝土的技术经济性，也是值得研究的问题，本文主要研究橡胶沥青在国内不同地区工程上的应用情况及其主要技术指标跟普通沥青及混凝土的区别。
1 橡胶沥青在不同工程中的技术指标
表1是橡胶沥青在4个不同工程中的主要技术指标，其中新疆工程的基质沥青为90号沥青，其他工程沥青均为70号沥青。从表中可以看出，加入橡胶粉之后，橡胶沥青的粘度显著增加，针入度显著下降，软化点增加幅度接近20℃，弹性恢复增加幅度也相当明显；而橡胶沥青中熔胀后橡胶颗粒实际体积比例占40%甚至更多，远远超过了其他高聚物改性沥青，因此橡胶沥青复合胶结料中会显著体现橡胶的低温柔韧特性。
不同的同类指标间，表1出现了较大偏差。针入度、软化点和延度是我国道路沥青指标检定最常用的“三大指标”。如表1所示，橡胶沥青软化点的提高幅度不能与高温分级结果协调。而通常作为低温性能判据的延度指标，在橡胶沥青上却不作为测试项目指标。事实上，橡胶沥青主要由熔胀后橡胶颗粒和自由沥青组成，橡胶颗粒之间没有强的化学粘结，软化点测试结果实际上是橡胶颗粒之间自由沥青的软化点，反映的是沥青轻质组分被吸收后沥青质增加的影响。长期使用经验表明，25℃、15℃延度能很好反映普通道路沥青的低温性能并与含蜡量密切相关，5℃延度能够反映SBS改性剂作用效果。但是，延度实际是一个严重偏离使用状态的纯经验性指标，因此，橡胶沥青一般不进行延度指标的测试，因为延度测试的是材料在经受超大变形的能力，橡胶沥青处在这种状态时，自由沥青的大变形能力和橡胶颗粒的低流动能力的矛盾趋于尖锐，会诱发橡胶颗粒与沥青界面的应力集中，造成断裂迅速发生。
表1不同工程橡胶沥青技术指标
2橡胶沥青混合料的配合比设计及各种路用性能指标
传统的密级配结构空隙率低，高温碾压下容易引起油斑和车辙，不能发挥橡胶粉改性沥青的性能，在美国和我国试验极少有成功的例子。断级配混合料为骨架结构，空隙率大，能够发挥橡胶粉改性沥青的高粘度性能，提高混合料的路用性能，橡胶沥青多用在薄层罩面，故在工程中采用的是间断级配进行配合比设计。
在工程中采用湿法进行橡胶沥青混凝土的施工，当沥青中加入橡胶粉（掺加量为橡胶沥青总量的18%~22%之间）后，由于橡胶粉在高温下吸收沥青中的油分，形成稳定的橡胶粉-沥青界面，达到良好的改性效果，粘度较大，因此需要较高油石比（在7.0~8.5之间），其主要的设计结果见表2所示
表2不同工程沥青混合料的技术指标
小注：规范（１）为沥青施工规范对普通沥青的要求，规范（２）为沥青施工规范对改性沥青的要求。
从表2可知，橡胶沥青混合料的马歇尔强度和劈裂强度并不比其他类型的沥青高，但车辙试验结果却比其他大部分类型的沥青混合料都要高。
马歇尔强度和劈裂强度都属于极限破坏强度，车辙试验则属于模拟车轮行驶条件的抗高温变形性能指标。表2的数值显示，如果考虑4种混合料的数据，橡胶沥青的极限强度指标与普通沥青混合料比较差不多，甚至更小(这一点与类似大变形条件的延度指标表现一样)，但是，车辙抗变形性能却显著超过普通沥青混合料，远高于普通沥青混合料（普通沥青混合料车辙试验结果一般在1000次/mm左右）。
破坏状态和使用状态是完全不同得力学状态。某些材料(如橡胶沥青)在破坏(大变形)状态下易于产生应力集中而更早破坏，并不说明其在小变形(正常使用)状态下，复合材料仍保持协同作用时表现一定会差。破坏指标本身不能成为不同路面材料之间性能比较的依据。但是，对于同种类型材料而言，破坏指标与使用性能指标往往有某种相关性。由于破坏指标常常更容易获得，道路材料设计时往往会利用它们作为设计参考性，但是事先必须进行充分的经验积累。
3结论
（1）橡胶沥青的宏观指标表现与普通沥青及高聚物改性沥青有较大不同。不能以普通沥青的各种指标作为橡胶沥青设计的依据。
（2）橡胶沥青表现了低极限强度、高使用性能的2个特点，宜以性能指标作为裁决性指标，极限强度指标作为参考性设计指标。
（3对于废旧橡胶粉改性沥青的研究目前还处于初期，不可避免地存在一些缺陷。本文中制作的AR-AC13沥青混凝土属于湿法，由于昂贵的改性沥青加工成本和较高的油石比，造成其单位造价比较高，且目前国内还没有统一的权威性规范对其进行指导，这对橡胶沥青的推广有一定的影响。但随着改性沥青加工设备与技术的改进及相关权威性规范的出台，不难看到废旧橡胶粉沥青混合料将成为我国沥青混凝土发展的新方向，具有广阔的市场前景。
参考文献：
[1]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范
[2]ASTMD6144—97，StandardSpecificationforAsphaltRuberBinder[Z].1998.
[3]黄文元、张隐西.道路路面用橡胶沥青的性能特点与指标体系.中南公路工程，2007-32
[4]王旭东、李美江等，橡胶沥青及混凝土应用成套技术。人民交通出版社
