采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面的研究
摘要：為了保護環(huán)境，節(jié)約資源，研究與應用橡膠瀝青具有重要意義。試驗結果表明，橡膠瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性，低溫柔韌性以及粘附性等性能。采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面，其性能符合現(xiàn)行瀝青路面技術規(guī)范的要求，故橡膠瀝青完全可以取代SBS改性瀝青。
關鍵詞：瀝青路面；橡膠瀝青，SMA
1. 引言
瀝青瑪蹄脂碎石（Stone Mastic Asphalt,簡稱SMA）路面，自引進我國以來已經有十多年的歷史，得到了廣泛的研究與應用。大量的實踐表明，SMA路面具有很多優(yōu)點，其突出的表現(xiàn)為高溫下具有良好的抗車轍性能，低溫下又有良好的抗裂性；由于所含粗集料多，路面表面粗糙而具有良好的抗滑性；因為所含瀝青結合料多，路面又有良好的耐久性。因此SMA在很多高速公路面層以及城市道路鋪筑得到廣泛應用。
德國發(fā)明SMA路面，由于其所處緯度高，夏天氣溫偏低，因此德國鋪筑SMA路面常采用普通瀝青,并一定需要使用粘度較高的改性瀝青。該技術引進我國以后，開始也按照德國規(guī)范使用普通瀝青，由于瀝青用量較大，結果造成嚴重泛油。經過大量室內外試驗和實踐，針對我國大部分地區(qū)氣溫較高，尤其夏天十分炎熱的氣候條件，鋪筑SMA路面必須采用粘度較高的改性瀝青，現(xiàn)在已經形成鋪筑SMA路面幾乎全部使用SBS改性瀝青的局面。由于同時需要使用纖維材料，這樣使路面成本大為提高。
采用橡膠瀝青鋪筑開級配瀝青路面，不僅在美國等國家已經得到廣泛應用，而且在近幾年來，在我國也開展了研究與應用，路用效果良好。能否采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面，以便降低成本，節(jié)約資源，保護環(huán)境，是值得研究的瀝青路面技術重要課題。
2. 橡膠瀝青的制備與性能
2.1 橡膠瀝青的制備
制備橡膠瀝青的工藝比較簡單，將30目左右的輪胎膠粉加入160℃的熱瀝青中，然后升溫至180-190℃高溫，在機械持續(xù)攪拌下保溫1小時左右，即可制備成橡膠瀝青。
目前國內已經研制出現(xiàn)代化的橡膠瀝青生產設備，這種設備具有以下特點：①具有快速升溫系統(tǒng)，能夠在短短20秒內即可將基質瀝青從160℃提高到190℃，大大縮短了瀝青的加熱時間，從而有效地避免了瀝青在加熱升溫過程中的老化；② 具有高速剪切預拌系統(tǒng)，使橡膠瀝青在罐內產生對流、翻滾，得以攪拌充分均勻；③具有的自動控制系統(tǒng)，稱量精確，連續(xù)上料，工作可靠，有效地保證橡膠瀝青的質量。
實踐與經驗告訴我們,為了修筑質量良好的橡膠瀝青路面,一定不能貪圖便宜,采用那些沒有生產資質,沒有良好生產設備的承包商來生產橡膠瀝青。
2.2 橡膠瀝青的性能
2.2.1 膠粉的摻加劑量
膠粉的劑量對橡膠瀝青的性能有著重要的影響，美國規(guī)范要求，膠粉劑量必須大于15%。因此目前很多鋪筑橡膠瀝青路面，都是采用美國亞利桑那州、加利福尼亞州等推出的所謂間斷級配橡膠瀝青混合料，即AR-AC型，其特點是集料級配為粗級配，粗集料多，細集料少，不用或者少用礦粉，集料之間的空隙用高劑量、高粘度的橡膠瀝青所填充，形成密實結構，空隙率可控制在3%～5%范圍。為了獲得高粘度的橡膠瀝青，所以美國要求采用較高膠粉劑量，通常都在20%以上。
采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面，其集料級配與AR-AC的區(qū)別主要在于要用較多的礦粉，如果所用的結合料也是高粘度的橡膠瀝青，則拌和時勢必干澀，以至無法拌和。因此用于拌制SMA混合料的橡膠瀝青添加的膠粉劑量無需那么高，本研究采用外加15%的劑量，基質瀝青為70號。
2.2.2 橡膠瀝青的主要性能
制備而成的橡膠瀝青,其常規(guī)技術性能列于表1，作為比較表1中還列有SBS改性瀝青的基本性能。由表1可見，橡膠瀝青的性能比基質瀝青有了明顯改善，主要表現(xiàn)在高溫穩(wěn)定性與低溫柔軟性方面有了大幅提高，但是與SBS改性瀝青相比較，其軟化點要低一點，但實際粘度基本相當。
瀝青是溫度敏感性材料，從道路使用要求出發(fā)，希望瀝青材料性能隨溫度變化越小越好。車頂瀝青材料在不同溫度下的針入度，計算得針入度敏感性系數(shù)A，針入度質數(shù)PI，當量軟化點T800, 當量脆點T1.2，以及塑性溫度范圍T800-T1.2，根據(jù)這些指標可以評價瀝青材料的溫度敏感性。
瀝青是溫度敏感性材料，從道路使用要求出發(fā)，希望瀝青材料性能隨溫度變化越小越好。車頂瀝青材料在不同溫度下的針入度，計算得針入度敏感性系數(shù)，針入度質數(shù)PI，當量軟化點T800, 當量脆點T1.2，以及塑性溫度范圍T800-T1.2，根據(jù)這些指標可以評價瀝青材料的溫度敏感性。
由表2可見，與基質瀝青相比，橡膠瀝青的針入度系數(shù)A值降低，這表明橡膠瀝青的溫度穩(wěn)定性提高，對溫度的變化不那么敏感。當量軟化點上升，脆點降低，材料的塑性溫度范圍從60.3℃擴大到81℃，橡膠瀝青的性能明顯得到改善。
橡膠瀝青性能改善還有一個明顯的特征，就是與石料的粘附性大為提高。表3是基質瀝青與橡膠瀝青與酸性巖石砂巖和花崗巖，采用水煮法試驗的結果。顯然橡膠瀝青與碎石的粘附性都非常好，而且碎石表面的瀝青膜比較后，經計算約可達到12～15，而一般瀝青的再碎石表面的膜厚僅為8左右。因此橡膠瀝青混合料的用油量要比一般瀝青混合料要多的多。
1. 橡膠瀝青SMA混合料的性能
3.1橡膠瀝青SMA混合料設計
橡膠瀝青SMA混合料用作路面上面層，集料要求堅硬，耐磨，以保證路面具有良好的抗滑性，為此粗集料采用輝綠巖軋制的碎石。細集料采用石灰?guī)r碎石。
橡膠瀝青SMA混合料更大粒徑為13.2mm，集料級配采用現(xiàn)行規(guī)范級配的中值，作為與AR-AC級配相比較，將其級配列于表4中。
顯然，如前所述，我國的SMA混合料級配，雖然粗集料比例比較高，但是它含有高達10%的礦粉，而美國的間斷級配橡膠瀝青混合料，幾乎全部是粗集料，基本上沒有細集料，也就是所謂斷開的級配，而且?guī)缀醪挥玫V粉，這是AR-SMA-13與AR-AC-13兩者的更大區(qū)別。
橡膠瀝青SMA混合料結合料用量，首先也是通過馬歇爾試驗，同時通過不同瀝青用量下的析漏試驗與飛散試驗確定其上下限。這里不詳細介紹詳細的試驗過程，這里要說明的是橡膠瀝青SMA混合料不同于SBS改性瀝青SMA混合料，其瀝青用量的范圍比較大，下限為5.5%，上限則高達7.0%，結合馬歇爾試件的體積指標，也就是空隙率按4%控制要求，確定更佳橡膠瀝青用量為6.3%。
需要特別說明的是，采用橡膠瀝青拌制SMA混合料，不需要添加纖維做穩(wěn)定劑，這就大大節(jié)省工程成本，也是與SBS改性瀝青SMA路面不同之處。
3.2橡膠瀝青SMA混合料主要性能
橡膠瀝青能否用于拌制SMA混合料，其關鍵在于考察其混合料的性能是否能滿足現(xiàn)行規(guī)范的技術指標要求。在現(xiàn)行瀝青路面施工技術規(guī)范中，作為SMA 混合料，其主要的技術
指標為動穩(wěn)定度DS，這是反映材料高溫穩(wěn)定的抗車轍能力的主要指標，另一個指標為凍融劈裂強度比，它反映材料抗水性能，也在一定程度上反映材料的低溫性能?，F(xiàn)將試驗結果匯
總列于表5中。作為比較同時列出SBS改性瀝青SMA混合料的相應試驗結果。
由表5所列數(shù)據(jù)可以看出，利用橡膠瀝青拌制的SMA混合料，其性能完全符合現(xiàn)行瀝青路面施工技術規(guī)范要求，與SBS改性瀝青SMA混合料相比，性能處于同一水平。換句話說，鋪筑SMA路面完全可以采用橡膠瀝青來取代SBS改性瀝青。
3.3 橡膠瀝青SMA路面的施工
橡膠瀝青SMA混合料施工與常規(guī)瀝青路面施工沒有太大區(qū)別，其更主要的特點是，橡膠瀝青因為粘度高，加熱溫度要求比SBS改性瀝青高出10度，即達到180～190℃。拌和溫度同樣也要求比較高，因而能耗較大,攤鋪時煙霧比較大（見圖1）。近年來通過在橡膠瀝青中添加溫拌劑，可以有效地將施工溫度將下來，大約可以降低施工溫度20℃左右，無論混合料拌和還是攤鋪，就不再出現(xiàn)嚴重的煙霧，表明橡膠瀝青技術又有了新的進步。
通過對現(xiàn)場橡膠瀝青SMA路面的檢測，其平均構造深度達到1.01mm，表面構造紋理豐富，具有良好的抗滑性。壓實度達到要求，經現(xiàn)場測進行滲水試驗，32個測點中僅有2個有滲水現(xiàn)象，合格率達到94%。經幾年的運營，至今狀態(tài)良好，表明采用橡膠瀝青鋪筑的SMA 路面具有長久的使用壽命。
1. 采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面的經濟性
采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面，與采用SBS改性瀝青相比較，應該說有著顯著的經濟性。目前70號瀝青的價格約為4200元/噸，30目膠粉的價格約為2800元/噸。1噸瀝青添加150公斤膠粉，計價420元，加上加工費800元，這樣折合每噸橡膠瀝青成本為4710元/噸。目前SBS改性瀝青出廠價約為5750元/噸?？梢姴捎孟鹉z瀝青鋪筑SMA路面，單就瀝青成本就可以降低1000元/噸。如果鋪筑10公里6車道高速公路路面，厚度為4cm ,估計可以節(jié)約成本180萬元，這里還未計入不需要使用纖維的費用在內，如果計入則可節(jié)約200萬元之多。另外使用橡膠瀝青路面由于使用壽命能明顯延長，故其經濟性是不言而喻的。
2. 結論（1） 廢舊輪胎用于瀝青改性,有利于節(jié)約資源,保護環(huán)境,因而廢舊輪胎的利用具有重要的社會意義和環(huán)境保護意義。
?。?） 廢舊輪胎膠粉加入瀝青中，能有效地提高瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，以及與酸性巖石的粘附性。
（3） 采用橡膠瀝青拌制SMA混合料，無論高溫抗車轍性能，還是抗水損害性能，均能滿足現(xiàn)行瀝青路面施工技術規(guī)范的要求，因而從路用要求出發(fā)采用橡膠瀝青完全可以取代SBS改性瀝青。
?。?） 采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面，與使用SBS改性瀝青相比，可以節(jié)約成本，因而具有良好的經濟性。
?。?） 為了克服橡膠瀝青施工能耗高、煙霧大的缺點，在橡膠瀝青中添加溫拌劑將是有效的可行技術措施，是橡膠瀝青技術的發(fā)展方向。
參考文獻
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