摘 要：
为优化橡胶沥青混凝土路面配合比，从论述沥青混合料级配组成设计方法出发，分析选择原材料与橡胶颗粒的注意事项，总结掺配比例计算方式，并通过路用性能测试，论证优化后的橡胶沥青混凝土配合比的稳定度、劈裂强度等均满足要求，可在同类型工程施工中推广应用。
关键词：橡胶沥青混合料；配合比设计；橡胶掺量；路用性能
0 引言
随 着 外 界 温 度 不 断 降 低 ，路 面 会 出 现 结 霜 、结 冰等问题，这会严重影响行驶车辆的紧急制动效果，影响道路行车安全[1]。采用橡胶沥青混凝土，可有效避免路面结霜、结冰等问题，保证行车安全[2]。橡胶沥青混凝土以橡胶沥青为主要胶结材料，可以废旧轮胎为原材料，契合绿色环保理念，发展前景非常广阔[3]。结合 试 验 ，分 析 优 化 橡 胶 沥 青 混 合 料 配 合 比 设 计 的措施。
1 混合料的级配组成设计方法
1.1 优化设计方法
优化设计方法有两种：一是根据连续型级配进行设计；二是根据间断型级配进行设计[4]。
对 比 上 述 两 种 方 案 ，采 用 第 二 种 方 案 ，可 最 大 化利用粗集料的嵌挤作用，形成稳定的骨架结构，提升混合料的稳定性，使路面具有良好的抗车辙性能。
1.2 橡胶替换方案
在橡胶沥青混合料配比设计过程中，应该分析掺配 橡 胶 颗 粒 的 方 式[5]。 传 统 常 采 用 等 质 量 替 换 的 方式，将集料替换为等质量的橡胶颗粒。但橡胶颗粒的密度远小于集料，若采用等质量替换的方式，会使橡胶 颗 粒 掺 料 的 体 积 过 大 ，会 导 致 混 合 料 整 体 体 积过大[6]。
鉴 于 上 述 情 况 ，选 择 主 骨 架 空 隙 填 充 法 ，矫 正 橡胶替换方案。具体方案流程见图 1。
2 原材料与橡胶颗粒选择
2.1 原材料
橡胶沥青混合料中使用的原材料的性能，会影响混合料的使用性能，橡胶沥青混合料使用的材料主要有矿粉、沥青、粗细集料等。
2.1.1 沥青
选用 SBS 改性沥青，根据公路建设相关规范对其进行试验检测。经试验，所选用的改性沥青满足施工要求，可规模化应用。
2.1.2 矿粉
以矿粉作为填充料，可有效填充橡胶沥青混合料空隙。此外，工程实践表明，在混合料中添加矿粉，还可有效提高混合料的稳定性，增强混合料的强度。
试 验 中 选 用 的 矿 粉 含 水 量 为 0.96%，此 掺 配 量 不会 出 现 结 块 情 况 ，其 中 大 部 分 粒 径 小 于 0.075mm，各项指标均满足规范要求。
2.1.3 细集料和粗集料
试 验 中 选 用 质 地 坚 硬 、耐 风 化 、高 纯 度 的 集 料 。宜优先选用水性集料，要求表面干燥，无黏附夹层，不然会严重影响其黏结性，导致沥青混合料的紧致度不足，松散度较高。
2.1.4 纤维
为 改 善 橡 胶 沥 青 混 合 料 中 沥 青 胶 结 材 料 的 黏 结性，在混合料中掺入一定量的木质纤维素，工程实践和相关研究表明，合理掺加木质纤维素，也能提高橡胶 沥 青 混 合 料 的 稳 定 性 。 根 据 施 工 要 求 ，建 议 掺 入0.3% 的木质纤维素（按照质量计算）。
2.1.5 橡胶颗粒
当 前 ，用 于 拌 制 橡 胶 沥 青 混 合 料 的 沥 青 ，其 来 源主要有两种：一是回收废旧橡胶轮胎，破碎成橡胶颗粒；二是含橡胶废料。对比上述两来源，相关试验表明，合成橡胶对沥青的影响较大，天然橡胶对沥青的影响较小，建议选用天然橡胶颗粒。
2.2 橡胶颗粒粒径选择
优化橡胶颗粒混合料配合比时，混合料橡胶颗粒粒径会直接影响路面回弹性能。且橡胶颗粒粒径会对混合料空隙率造成极大影响，会降低其路用性能，所以必须严格选择和控制橡胶颗粒粒径的大小。
选 择 间 断 级 配 ，筛 除 集 料 中 粒 径 在 2.36～4.75mm 的集料 ，改进混合料级配。确定两种粒径范围 ，即 1.18～2.36mm 和 2.36～4.75mm，分 别 按 照2.8%、3.8% 的 比 例 进 行 替 换 。 确 定 4 种 油 石 比 ：5.9%、6.2%、6.5%、6.7%。 通 过 马 歇 尔 试 验 了 解 其 空隙率，图 2 为具体测试结果。
分析图 2 数据可知：沥青用量与混合料的空隙率存在显著的负相关关系，随沥青用量的增加，混合料空 隙 率 减 小 。 粒 径 在 2.36～4.75mm 区 间 范 围 时 ，不同混合料试件的空隙率基本保持一致 ，均在 7%～8%之 间 ，混 合 料 具 有 较 好 的 稳 定 性 ；粒 径 在 1.18～2.36mm 区间范围时，空隙率均在 5% 左右。由于混合料空隙率会直接影响其水稳定性，因此，应结合路面实际情况确定粒径范围[7]。结合以上分析，为保证混合 料 的 水 稳 定 性 ，确 定 选 择 粒 径 在 1.18～2.36mm 范围的橡胶颗粒。
3 掺配比例计算
3.1 粗集料质量掺配比
经 优 化 橡 胶 颗 粒 混 合 料 的 配 合 比 ，选 择 粒 径 在1.18～2.36mm 范围的集料。为获得最佳粗集料嵌挤效果，经计算得出两种粒径区间的粗集料配比。初步采 取 以 下 A、B、C、D 四 种 方 案 ，采 用 干 捣 法 ，测 定 粗骨料紧装密度，结果见表 1。
通过表 1 数据可知，在方案 B 配比下，可获得最佳集料嵌挤效果。
3.2 其他参数的确定
粗 级 料 相 互 嵌 挤 ，形 成 混 合 料 骨 架 结 构 ，保 证 混合料的承载能力；通过合理调整矿粉比例，提高混合料的稳定性和强度，获得良好的路用效果。经试验，将矿粉掺配比例确定为 9.5%。
混 合 料 空 隙 率 小 于 3% 时 ，路 面 的 抗 车 辙 性 能 减弱。结合上文分析的骨架密实性情况，若空隙率大于7%，混合料的水稳定性会降低。为保证路面兼具良好的抗车辙性能和水稳定性，将空隙率控制在 3%～5%，选中间值 4% 作为目标空隙率。
3.3 确定各材料配比
结 合 以 上 分 析 确 定 的 矿 粉 、沥 青 、橡 胶 颗 粒 掺 配比及目标空隙率数据，根据主骨料填充法，设计混合料原料配比，得出表 2 所示的结果。
3.4 最佳油石比
参照橡胶颗粒掺量为 2.8% 的沥青混合料，使用马歇尔法分别测定和计算四种油石比，表 3 为具体试验结果。分析表 3 中的数据可知，油石比为 6.5% 时，混合 料 的 总 体 性 能 最 优 ，表 明 橡 胶 颗 粒 掺 量 为 2.8% 的沥青混合料，最佳油石比为 6.5%。该测试严格遵照相关规范试验要求 、试验流程进行，各项指标满足规范要求。
4 路用性能测试
根 据 国 家 现 行 道 路 试 验 规 程 ，通 过 车 辙 试 验 ，可以反映混合料的抗车辙性能，综合评价混合料的高温稳定性；通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等，可反映混合料的水稳定性；通过-10oC 下梁试件的弯曲破坏试验，可反映混合料的低温抗裂性能。该试验采用控制变量的思想，在其他条件不变的情况下，仅改变橡胶颗粒的掺配比 ，变量区间为 1%～4%。路用性能测试结果见表 4。
根 据 表 4 的 数 据 可 知 ，稳 定 度 均 满 足 要 求 ，大 于3000 次/mm；劈 裂 强 度 、残 留 稳 定 度 等 也 满 足 要 求 ，大 于 80% 的 规 范 要 求 ；规 范 中 弯 拉 破 坏 应 大 于2500με，满 足 要 求 。 通 过 上 述 数 据 可 知 ，各 项 性 能均满足路用需求。
5 结论
橡胶沥青混合料符合绿色环保理念，可充分利用旧轮胎等含橡胶材料制作，能够减少资源浪费，符合国家可持续发展的战略要求。结合试验，分析了橡胶颗粒掺配量、颗粒粒径等对橡胶沥青混合料路用性能的影响，研究了橡胶沥青混凝土路面配合比的优化措施，结论如下：
第一，沥青用量与混合料的空隙率存在显著的负相 关 关 系 ，选 择 粒 径 在 1.18～2.36mm 之 间 的 橡 胶 颗粒，可兼顾混合料空隙率和水稳性能；
第 二 ，选 择 粒 径 在 1.18～2.36mm 范 围 的 橡 胶 颗粒时，粒径 4.75～9.60mm 骨料占比 37%，粒径 9.60～13.20mm 骨 料 占 比 63% 时 ，可 获 得 最 佳 的 集 料 嵌 挤效果。
第三，橡胶颗粒的掺配比区间在 1%～4% 时，混合料的水稳定性有所下降，但路用性能检测指标数据均符合相关规范要求，且能显著提升混合料的高温稳定性和低温抗裂性。
参考文献：
[1]于保阳，刘美鸥，张荣华，等 . 复合改性透水沥青 混 合 料 配 合 比 设 计 优 化 研 究 [J]. 公 路 ，2021（5）：30-36.
[2]刘明金，柯望，李闯民 . 掺钢渣沥青混合料 AC-13 配 合 比 优 化 设 计 [J]. 长 沙 理 工 大 学 学 报 ，2021（1）：24-32.
[3]丁占锋，黄绚 . 湿热区域型 GAC-16C 沥青混合料 配 合 比 设 计 与 优 化 [J]. 西 部 交 通 科 技 ，2019（12）：69-72.
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[5]沈海清 . 基于多级嵌挤型骨架的沥青混合料配合 比 优 化 设 计 及 路 用 性 能 评 价 [J]. 公 路 与 汽 运 ，2017（4）：64-66+72.
[6]何兆益，胡一舟，黄小良，等 . 基于均匀设计的橡胶颗粒沥青混合料配合比设计优化[J]. 重庆交通大学学报，2016（1）：51-55.
[7]闫强 . 大粒径透水沥青混合料配合比优化设计及其应用效果研究[D]. 北京：北京建筑大学，2021.
原创作者：罗 长 林（1975-），男 ，湖 南 邵 阳 人 ，本科，高级工程师，研究方向：公路桥梁与隧道工程。
