改性沥青多少钱一吨_胶粉改性沥青应用浅析_废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

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大连理工大学 硕士学位论文 废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究 姓名：李明亮 申请学位级别：硕士 专业：市政工程 指导教师：钟阳 20071201

大连理Ｔ大学硕十学何论文

摘

要

本文利用废轮胎磨制成的胶粉作为道路沥青材料的改性剂．对废轮胎胶粉改性沥青 及其混合料的路用性能进行了测试与评

价研究。希望这一问题的研究不但能够减少数量 日益增长的废弃轮胎带来的环境污染，而且还能够起到改善路而沥青材料性能的作用。 文中通过对国内、外现有规范的总结，首先确定出试验胶粉的级配，并选用两种规 格的胶粉按比例掺配得到试验所用的废轮胎胶粉改性剂。对胶粉改性剂的密度，含水率， 金属含量等特性指标进行了测试，通过适当调整使其能够满足试验规范的要求。 在废轮胎胶粉改性结合料的试验研究中。采用２种不同类型的基质沥青以及４种含 量的胶粉制备成５种不同类型的改性沥青，通过粘度试验分析了制备条件，胶粉含量对 胶粉改性沥青的粘性的影响。使用动态剪切流变仪分别对原样，经过短期老化，长期老 化三种状态的试样进行测试，分析了各粘弹性参数随橡胶沥青类型变化的规律。同时也 对比分析了各种类型的胶粉改性沥青的高温抗车辙性能和抗疲劳性能。结果表明胶粉含 量在１５％到２１％之间时，橡胶沥青的使用性能随胶粉含量的增加而逐渐提高，并且这 一含量范围可以被实际工程所接受。 为评价橡胶沥青混合料的路用性能，选用４种类型的沥青混合料进行测试，其中包 括采用不同基质沥青的２种间断级配胶粉沥青混合科，１种开级配胶粉沥青混合料 （ＯＧＦＣ），１种普通沥青马蹄脂碎石（ＳＭＡ）。通过劲度模量试验，轮辙试验，冻融 劈裂试验及长期老化试验，评价和分析了不同类型混合料的高温稳定性，水稳定性及抗 老化性能。试验结果表明，橡胶沥青混合料具有良好的高温抗车辙性能和抗水损害性能， ＳＭＡ则表现出较好的抗老化性能。

关键词：废轮胎胶粉；粘度；动态剪切流变试验；开级配混合科；劲度模量

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

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ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｐａｖｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｂａｓｅｄ
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Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｒａｖｉｔｙ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｒｃ ｔｅｓｔｅｄ，

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Ｋｅｙ

Ｗｏｒｄｓ：Ｓｃｒａｐ Ｔｉｒｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ

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独创性说明

作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料．与我一同工作的同志

对本研究所做的贡献均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意．
作者签名：

摩明钇

日期：坐

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工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也

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作者签名：

南国觑

导师签名：

堑翟
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大连理Ｔ大学顾十学位论文

１绪论
１．１问题的提出
废旧轮胎被称为“黑色污染”，随着道路交通事业的发展，每年报废的轮胎也越来 越多，据统计，全世界的废旧轮胎积存量己达３０亿条，并以每年约１０亿条的数宁增长。 其中能够得到翻新利用的只占１５％～２０％，为此许多国家都在千方百计为废旧轮胎寻找

出路叽我国是世界上最大的旧橡胶产生国，也是对废橡胶亟待加强综合利用的国家。
２００４年我国废旧橡胶生产量约２７２万吨，其中主要是废旧轮胎，据测算约有一亿条。另 据统计，美国现有废旧轮胎２亿条，日本１亿条，台湾１５００万条，香港１８０万条。废 旧轮胎属于工业有害固体废弃物，它们的大分子分解到不影响土壤中植物生长的程度需 要百年的岁月。它恶化自然环境，破坏植被生长，且经过日晒雨淋，极易滋生蚊虫，传 播疾病，影响人类健康、危及生态环境，此外还容易引发火灾。从再生资源的利用的角 度出发，将废旧轮胎以机械方法粉碎制成胶粉，作为工业再生材料，已成为废橡胶回收 利用的主要途径。 我国的废旧轮胎胶粉每年的生产量很大，并有逐年增长的趋势，除橡胶工业和其他， 行业使用外，还有相当的余量，据测算每年可生成多余的橡胶粉超过１０万吨。将废轮 胎衍生的资源再利用于公共工程上，一直是世界各国处理废轮胎的方向之一。废轮胎胶 粉作为沥青改性剂使用，应用于国外公路铺筑已行之有年，据统计，每公里橡胶沥青路 面消耗的废旧轮胎可达４０００条之多。 随着我国公路运输事业的迅猛发展，对路面使用性能的要求也越来越高，为了防止 路面的早期破坏，提高路面的高低温性能和耐久性，必须对道路工程建设材料及旖工工 艺加以改进，而沥青的性能是决定路面质量和使用寿命的关键因素。实践证明，随着交 通量和交通轴载的逐渐增加，大多数普通沥青已经不能满足路面使用性能的需要，采用 外掺剂改善沥青的路用性能势在必行。近年来，我国道路建设中所使用的沥青改性剂多 以苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（ＳＢＳ）为主，价格较贵，而事实上，改性沥青除了 聚合物改性沥青外，橡胶粉改性沥青也是一个大类。多方面的资料显示，使用废轮胎粉 改质的沥青混凝土，因感温性较低，可能兼具有较佳的抗车辙变形与抗低温龟裂能力， 进而可增加路面寿命、节省养路经费，并且可以减少噪音、防湿滑、碎冰雪，提高了安 全系数，增加路面的服务品质。废旧橡胶粉的价格一也相对便宜．可以大大降低道路建 设的成本，是一种既经济实用又简单有效的方法，比较适合于我国的国情。

废轮ＪＩｆｉ胶粉改性沥青材料的路用性能研究

因此，把橡胶粉用于道路路面建设，如果既可以改善沥青的性能，又能够消耗掉废 橡胶粉，这将是一举两得的事情，具有重要的社会效益与经济效益。

１．２基本概念及原理
按照美国材料与试验协会标准（ＡＳＴＭ）的定义，胶粉改性沥青，也称为橡胶沥青
（Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ，简称为ＡＲ），是１５％以上橡胶粉粒在高温状态下与沥青发生充分溶胀

反应两形成的复合胶结材料１２】。橡胶沥青中橡胶颗粒能够吸收沥青中的轻质油分，使体 积增大，产生溶胀作用，溶胀后橡胶粉体积达到胶结料的３０％－４０％，从而导致沥青中 轻质油分减少，粘度增加，另一方面橡胶颗粒的骨架填充作用仍然存在，因此，橡胶沥 青性质的变化是基质沥青品质变化和体系结构变化双重作用的结果。 目前，橡胶沥青混合料的制备方法主要有２种．即干法和湿法【３
１。

干法是直接将胶粉充当一部分混合料喷洒到正在搅拌的热沥青搅拌器中，制成胶粉 改性沥青混凝土（ＲＵＭＡＣ）。在干法中胶粉实际上不是沥青改性剂，而是起填料的作 用。干法只限于热拌沥青混合料（ＨＭＡ）的应用中。干法工艺存在的主要问题是橡胶 颗粒与集料或沥青不能完全相容．混合料压实困难或压实后出现体积膨胀。有学者［４－５】 认为可以通过添加聚合物改性沥青（如ＳＢＳ改性沥青），以增强沥青与橡胶颗粒、集料之 间的粘结力，提高ＲＵＭＡＣ的整体强度与耐久性。 湿法是将预先将橡胶粉与热沥青按比例充分混溶制成橡胶沥青结合料（ＡＲ），再 将其加入热矿料中拌和成橡胶沥青混合料。改性沥青的性能与胶粉的粒径关系密切。粒 径越小分布越均匀，其性能越优良，而且不易离析，有利于泵送。从美国各州的研究和应 用来看，采用湿法工艺铺筑的大多数试验路性能良好。 根据ＡＳＴＭ规范的定义可知，真正意义的橡胶粉改性沥青即为由湿法生产的橡胶沥 青结合料（ＡＲ），而干法只是一种路面建设中使用胶粉的方法，整个生产过程并没有 涉及到对基质沥青的改性。因此，在本文中，除非特别强调，所提及的橡胶沥青及其混 合料均指由湿法制备而成的橡胶粉改性沥青及其混合料，干法不做深入讨论。

１．３国内外应用与发展现状
轮胎橡胶在路面工程中的应用，最早始于２０世纪４０年代的美国。美国橡胶回收公
司（Ｒｕｂｂｅｒ Ｒｅｃｌａｉｍｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）在上世纪４０年代首先采用干拌法的生产工艺，生产了
Ｒａｍｆｌｅｘ

ＴＭ橡胶粉沥青混合料。美国工程师Ｃｈａｒｌｅｓ ＭｃＤｄｏｎａｌｄ则首先采用湿拌法的生

产工艺，在６０年代生产了Ｏｖｅｒｆｌｅｘ ＴＭ橡胶沥青混合料。美国用废轮胎胶粉作为沥青 改性剂，制造改性沥青用于修筑公路已有２０多年的历史，１９８２—１９８６年问已试铺了２１０ 多个路段，这种路面的热稳定性能和低温性能都比较好，并可减少维修费用。１９９１年。

大连理丁大学颀十学位论文

美国国会通过了联邦地表协调联运效率法案（ＩＳＴＥＡ，又称冰茶法），其中一条要求从 １９９４年起凡使用联邦经费的热拌沥青批合料都必须以５％的经费用于废橡胶沥青洮合料

以后每年再增加跏，直至１９９７年达２０％ｆ６ｌ。据统计，到１９９７年废胶粉改性沥青己消
耗了８０００万吨废轮胎。目前，美国的亚利桑那、加利福尼亚、德克萨斯和佛罗里达已 成为废胶粉沥青使用最多的地区，并早已将废轮胎橡胶沥青视为常规的公路铺筑材料， 且已有完整的品质规范依据。最新的美国加州政府公共资源条例第３３８条规定：从２００７ 年起２０％的柔性路面必须采用橡胶沥青，２０１３年起增加到３５％。 １９９０年，加拿大安大略省泰晤士维尔的道路工作者将废旧轮胎橡胶加入热拌沥青中 铺筑了一条试验路，沥青橡胶混合料路面和标准混合料路面各长６．５ｋｍ。通过比较，沥 青橡胶热拌路面（橡胶占混合料的２．０％）与标准路面性能相当，但旌工方便，安全， 目前安大略省每年用于公路建设所使用的废旧轮胎数达上千万个川。 在多孔隙路面的发源地法国，１９９５年时，橡胶沥青多孔隙混凝土路面的累积摊铺面 积就已经超过了１００万ｍ２，多年的多孔路面室内研究和实际应用效果表明：橡胶沥青 多孔隙混凝土比普通多孔隙沥青混凝土在保持持久捧本性能、抵抗重交通、抗剪切和抵 抗不良气候影响等方面有明显的优势。 俄罗斯伏尔加格勒公路交通部门废轮胎胶粒用于铺设路面，因此可有效地预防冬季 路面结冰而发生交通事故。 南非的废旧轮胎橡胶粉在公路建设中的应用十分成功，在工程实践中已拥有历时 ２０—２５年仍然完好的橡胶沥青路面，应用领域包括混合料、应力吸收层、应力吸收中间 层等；基本上已经拥有了一整套橡胶沥青相关的技术指标。据了解，目前南非６０％以上 的道路沥青使用橡胶沥青，而且经验表明对于超重轴载的使用环境，橡胶沥青混凝土路 面尤为有利。 １９８１年，在比利时的布鲁塞尔，橡胶沥青首次被发现具有降低道路交通噪声的功能， 它被称作“Ｄｒａｉｎａｓｐｈａｌｔ’。随后，许多国家开始研究和评估橡胶沥青作为降噪措施的功 效。１９８４年，法国对采用沿塞纳河采用Ｄｒａｉｎａｓｐｈａｌｔ铺筑的城市道路进行研究，发现在没 有载重车时路面噪声降低３～５ｄＢ，有５％的重车时，噪声可降低２～３ｄＢ。加拿大，荷兰， 南非等国家也先后展开了橡胶沥青对于路面减噪性能的研究，均得到了不同程度的减噪 效果。美国的加利福尼亚，亚利桑那，德克萨斯，俄勒冈州在１９８９至今对多条橡胶沥 青混凝土路段进行了噪声测试，研究表明，与传统的沥青路面相比，橡胶路面嗓音酌降 低在３ｄＢ以上，其中凤凰城的降噪效果达到１０ｄＢ，即声音强度降低了８８％ｔ８Ｉ。２００３年， 德克萨斯的检测结果发现，使用橡胶沥青的开级配抗滑层（０ＧＦＣ）平均降噪８ｄＢ，而且 路表磨擦提高了两倍以上。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

但从Ｆ１本的研究来看，橡胶沥青路面的成功与失败各占一半，主要原因是橡胶粉使 得路面具有较人的弹性，碾压比较困难，由于压实不足使空隙率增人，所产生的负面影 响抵消了橡胶粉改性沥青的效果。但是对于这种问题只有通过改进路面的＿瞰压工艺才可 以解决。 通过以上可以看到世界不同国家和地区都积极开展了橡胶沥青和橡胶粉沥青混凝 土的应用研究，并通过立法和技术推广，极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的利用。 经过近半个世纪的应用，废旧橡胶粉在公路工程中的应用大致经过了５个发展阶段：应 力吸收层；应力中间吸收层：开级配沥青混凝土；连续级配沥青混凝土：断级配沥青混 凝土。经过实践检验和经验总结，美国使用废轮胎橡胶于路面上相当成功的亚利桑纳州 主张不要将橡胶沥青使用在密级配，应将其用在问断级配结构层，或是开级配磨耗层． 当前大多数国家的技术指南中也都明确规定橡胶粉应用于断级配沥青混凝土。 我国对废橡胶改性沥青用于公路的研究，始于２０世纪８０年代。并在四川、江西等省 进行铺路试验。但因当时胶粉生产行业尚未形成，生产的胶粉粒径粗，加之相关技术不配 套，未达到实用化阶段。后来。一些大专院校和科研机构从橡胶粉改性沥青的特性机理到 开发应用均作了大量工作，高等级公路沥青的开发生产已获得重大突破。１９９５年沈阳市 在新开的五爱至浑河大坝间试铺了３万平方米的废轮胎胶粉改性沥青路面，经过多年的 高负荷运行考验，效果良好，后又在在沈阳至桃仙机场高速公路的路面维修中，采用橡 胶粉改性沥青铺筑了２ｋｍ试验路，效果很好。 ２００１年底，由交通部设立，交通部公路科学研究所主持了交通部西部科研项目“废 旧橡胶粉用于筑路的技术研究”．对橡胶沥青及橡胶粉沥青混合料的路用性能及力学特 性开展了全面、系统的试验研究【６】。该项目对橡胶粉在沥青混合料中的作用机理以及橡 胶沥青、橡胶沥青混合料的力学特性和路用性能进行了试验研究，结合我国实际，提出 了路用橡胶粉、橡胶改性沥青和橡胶粉沥青混合料技术标准的建议稿。在广东、山东、 河北、四川、贵州等地修筑总长近３０ｋｍ的试验路和实体工程，到目前为止应用效果良 好。涉及到华南地区、西南地区、轻冰冻地区，三个气候片区，为我国今后在道路工程 中大规模推广应用橡胶粉技术奠定了基础。经过多年研究，我国江苏省交通研究院总结 出了相对完整的橡胶沥青应力吸收层以及间断级配混合料的设计施工规范，为促进橡胶 沥青在我国公路建设中的应用提供了指导。 台湾地区于２０００年起正式进行废轮胎橡胶再利用于沥青混凝土路面的相关研究， 选择采用美国文献的湿式制程，拌制出符合美国材料与试验协会（ＡｓｌＭ）规范的橡胶 沥青产品，并铺筑完成２条长Ｉｋｍ的试验路面；经过长达四年的成效评估，显示废轮胎 橡胶路面优于对照的传统沥青路面例。

大连理Ｔ大学硕十学位论文

２００７年初，香港在位于屯门的环保工业园内铺筑了首条橡胶沥青试验路，其生产施 工工艺完全借助于国内的经验总结，采用的原料也均来自国内，各项路用指标的测试工 作目前还在进行当中，从现阶段得到的一些测试结果来看，橡胶沥青路面表现出了良好 的平整度和抗滑性能。

１．４橡胶沥青性能的试验研究现状
沥青及沥青混合料的性能要求包括高稳定性、低温性能、老化性能、疲劳性能和水 稳定性等，研究表明，胶粉对改性沥青性质的影响，主要有胶粉来源、基质沥青、废胶 粉形态、胶粉用量以及加工处理条件５个方面。各国研究人员通过大量室内外试验对橡 胶沥青及其混合料的性能进行了的研究，下面结合不同影响因素，对橡胶沥青各方面性 能的研究状况作以简述。 １．４．１高温性能
耕’

粘度是沥青材料重要的技术指标，在橡胶沥青应用较普遍的国家和地区，粘度都被 用作最重要的高温控制指标，并设置一个粘度控制范围。国外的很多研究都是采用布氏 （Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）旋转粘度计法测定胶粉改性后沥青的粘度，Ｔｈｏｍａｓ【…，Ｌｏｕｇｈｅｅｄ［ｉｑ等人的 试验结果均表明，橡胶粉的加入能够增加沥青的粘度，从而提高沥青路面抗高温变形的 能力。 另外，Ｇｏｐａｌ［１ ２１，张丽萍㈣，邱欣｛１４’等利用条件粘度测定测定方法的研究显示，橡胶 沥青的针入度下降，软化点增加，表明经胶粉改性后，沥青的耐高温性能得到了改善。

李美江等㈣采用毛细管法测得运动粘度，通过试验发现橡胶粉的掺加能够大大提高
沥青的粘度，而且随掺量的增加。橡胶沥青的粘度表现出良好的规律性（指数规律）． Ｂａｈｉａ［１６】等研究发现旋转粘度随橡胶含量的增加而连续升高，且在不同温度下，胶 粉含量的影响规律是相似的，在高温（１３５．１８５０ｃ）下粘度的增加与胶粉的含量呈对数

关系。Ｎａｖａｒｒｏ［”垮人的研究表明橡胶沥青是典型的非牛顿流体，温度越高，橡胶粉颗粒
越大，则非牛顿趋势越显著。 对混合料的高温性能的研究，各国研究人员采用了多种试验方法，这其中包括：马 歇尔稳定度试验【限…，车辙试验［２０ｌ，简单剪切试验（ＳＳＴ）【…，沥青混凝土面层分析仪 试验（ＡＰＡ）００］等，结果表明不同胶粉来源、掺量和粒径的混合料均使混合料的抗车辙 性大有提高。ＡＰＡ试验结果显示，橡胶沥青混合料与ＳＢＳ改性沥青混合料的高温车辙接

近【２ｌｌ。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

１．４．２低温性能 以低温延度评价橡胶沥青低温性能时，交通部公路研究所的研究表明５。Ｃ延度显著 大于基质沥青的ｏＣ粘度，且随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的低温延度明显增加。对 于当量脆点试验，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的当量脆点明显降低Ｉｌ”。试验结果 均表明橡胶粉的掺入对沥青的低温性能改善显著。 根据ＳｕｐｅｒＰａｖｅ规程，弯曲流变仪（ＢＢＲ）和直接抗拉试验（ＤＴ）被用来评价沥青 混合料的低温抗裂性【Ｉ”。问接拉伸试验（劈裂试验），无约束收缩试验，低温约束试验， 也为一些研究者所采用【２２．捌。一般用劲度模量指标来表征混合料的低温抗裂性能，其值 越小表示该沥青混合料的低温抗裂性越大。Ｇｏｐａｌ０２］等的研究表明胶粉的含量越大，沥 青混合料的劲度模量越小，混合料低温抗裂性越强，而胶粉粒径大小的影响主要取决于 胶粉的来源。Ｂａｈｉａ［１６】等通过试验总结出在低温条件下（一２００Ｃ一０ ｏＣ）橡胶沥青混合料 的劲度随胶粉含量的增加（２－２０％）呈线性递减趋势，而不同来源的胶粉对混合料低温 性能的影响基本相同。曾蔚等【２３】的研究也认为随着胶粉掺量的增加，低温性能改善明 显。尤其是斜胶胎胶粉混合料，由于其本身组份中天然胶含量较高，表现出比子午线轮 胎更好的性能，对于胶粉粒径的影响，研究认为粒径大的相较粒径小的胶粉混合料低温 性能更为突出。 由于良好的低温抗裂性，在某些地区，橡胶沥青被用于自动除冰路面，哈尔滨工业 大学的周纯秀【２４】等在这一方面做了较为深入的研究。 １．４．３老化性能 常用的评价沥青短期老化的试验方法有薄膜加热试验（ＩＴＯＴ）及旋转薄膜加热试 验（ＲＴＦＯＴ），它们的试验条件比较苛刻，接近于强制式搅拌中的老化过程。长期老化 性能的试验方法则一般采用美国ＳＨＲＰ计划提出的压力老化试验（ＰＡＶ）．

Ｗｏｎｇ等㈣研究者的试验结果表明，从薄膜烘箱前后的针入度、软化点、延度和弹
性恢复看，经过薄膜烘箱后橡胶沥青的粘度提高。另一指标沥青质量损失也得到明显改 善。从几个指标的综合可以看出薄膜烘箱后，橡胶沥青比基质沥青的抗老化能力有所增
强。

目前我国尚没有评价混合料老化的标准试验方法，但国内外许多学者根据沥青混合 料生产和沥青路面使用过程中的老化现象认为，在室内研究和评价沥青混合料的老化可 以分为短期老化试验（ＳＴＯＡ）和长期老化试验（ＬＴｃＩＡ）。并以老化后沥青混合料的力 学性能试验和回收沥青的性能试验作为评价老化效果的方法。其中力学性能试验主要针

对老化后沥青混合料的永久变形、低温开裂、疲劳开裂掣”】。

大连理丁大学颀十学位论文

Ｇｏｐａｌ－等Ｉｌ ２】用沥青混合料劲度模量（ＩＴＳＭ）的变化来评价其耐老化的性能，研究表明 橡胶沥青’抛合料的老化使其劲度模量增加。且短期老化的影响要人于长期老化的影响。 这也说明了混合料生产阶段的重要性。Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎｌ２７１等通过约束试件的温度应力试验 （ＴＳＲＳＴ）研究发现老化后橡胶沥青抵抗温度应力的性能有所增强。邱欣”４１等的研究表 明的抗老化性强于硬质沥青改性沥青（ＧＭＢ）和聚酯纤维改性沥青（ＦＭＢ）。 Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎ等【２８１通过现场老化测试得到的结论是，与基质沥青路面相比，橡胶沥青 路面的疲劳寿命基本不受老化的影响，抵抗车辙的能力也几乎相同，但其开裂温度却低 于基质沥青路面。总体来说，橡胶沥青混合料具有更好的抗老化特性。 １．４．４疲劳性能 沥青混合科的疲劳主要有两种类型，～种是温度循环或者荷载造成的材料的拉伸疲 劳破坏，一种是裂缝反射造成的纯剪切疲劳破坏。 各国学者通过弯梁试验，小粱疲劳试验，间接拉伸试验等充分的实践验证了橡胶沥 青的抗疲劳性能。Ｐａｌｉｔ［２９１等的研究指出橡胶沥青混合科在低温时具有较好的柔性，而高 温时表现出较高的劲度，因此胶粉改性剂提高了混合料低温时的疲劳强度，并改善了高 温抗车辙性能。Ｋｉｍｌ３０１等的研究表明混合料的疲劳特性对基质沥青种类，胶粉粒径及含 量的依存性十分敏感，破坏应力和应变值随胶粉粒径和含量的增加而降低。 研究沥青混合料的疲劳特性是一项耗资巨大的课题，广泛而系统地进行大量试验研 究实际上是很困难的，因此很多学者都采用数学模型预估混合料的疲劳寿命。诸多疲劳 特性研究都采用以下形式的疲劳方程１２９］，１３１－３２］：

Ⅳ，＝五皓厂（击广＝墨＠，啦ｃ。响
ｓ广临界位置的拉应变
坼——达到破坏的重复加载次数

ｍ。，

卜材料的劲度模量

局，局，Ｋ广——试验校准参数

Ｒａａｄｌ２２１，Ｐａｌ俨１１等学者通过疲劳方程的分析认为橡胶沥青混合料的抗疲劳性优于传
统沥青混合料。 且前我国学者对橡胶沥青混合料疲劳特性的探讨尚且不多。 １．４．５水稳定性 沥青混合料水稳定性的评价，通常分为评价沥青与矿料的黏附性及评价沥青混合料 的水稳定性两个阶段进行。

废轮胎胶粉改性沥青材｝：｝的路用性能研究

对于沥青与矿料的黏附性的评价，主要有水浸法和水煮法，通过这两种试验均发现 橡胶沥青混合料沥青膜的剥落程度小于基质沥青混合料【２”。

对泓合料水稳定性的测试，主要有残留稳定度㈣，冻融劈裂∞】，冻融循环后的间接
拉伸试验Ⅲ】等。通过试验，除了证明橡胶沥青混合料具较好的水稳定性外，李美江等ｆ３】 通过冻融劈裂试验的研究也发现，随着橡胶粉掺加剂量的增加混合料的冻融劈裂强度比

嬲渐降低，说明这种试验方法测定的混合料水稳定性出现衰减。
１．４．６弹性恢复性能

弹性恢复指标作为评价改性沥青性能的新指标已被广泛使用，并已经增补列入我国 的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（ＪＴＪ０５ Ｊ－２０００）中。橡胶粉是一种良好的弹 性材料，有助于沥青弹性恢复能力的提高，从而可以减小荷载作用下路面的残余变形， 减少路面的损坏。目前较为通用的弹性恢复试验为拉伸弹性试验。 从弹性恢复的试验结果看，橡胶粉的掺入大大改善了沥青的弹性恢复性能，胶粉用

量在２００以内时，掺量的增加能显著提高弹性恢复性能嗍。 Ｏｌｉｖｅｒ的研究表明嗍，橡胶表面越粗糙，表面积越大，改性沥青的弹性恢复越高。

１．５本课题的意义和主要研究内容
本课题主要针对我国南方及香港地区的气候、环境特点以及当地的材料状况，对废 轮胎胶粉改性沥青及其混合料的路用性能进行综合的测试及分析，主要目的是促进废轮 胎胶粉改性沥青材料在我国和香港地区道路建设中的应用与发展，并为制订有关废轮胎 胶粉改性沥青的规范提供依据。从目前国内所完成的相关工作来看，还有以下问题值得 深入探讨： （１）胶粉的选择无法与实际应用相结合。目前国内试验所用胶粉主要是粒径６０－８０ 目的胶粉，这一细度胶粉的生产工艺要求很高，很难将其应用在橡胶沥青的实际生产过 程中。另外，国内研究中胶粉掺量的选择多集中在５％－１５％，而对于胶粉含量１５％以上 的橡胶沥青的性能并没有作细致分析； （２）橡胶沥青材料属于典型的粘弹性材料，目前国内的研究主要集中在传统三大指 标的测试，而并没有对橡胶沥青的流变学性能作以深入分析； （３）目前研究中大都采用同一种基质沥青用来制作橡胶沥青，不同类型基质沥青对 废胶粉改性沥青材料的性能影响的研究并不多见； （４）将橡胶沥青应用于不同级配类型的混合料的研究很少，特别是对于国外的一种

典型的应用橡胶沥青的路面形式——开级配透水性路面（ＯＧＦＣ）的研究工作有待于开
展．

大连理Ｔ大学硕十学｛奇论文

此外，由于我国公路发展阶段与国外不同，废胶粉改性沥青相关的理论、工艺研究 尚不多见，港台地区也处于刚刚起步的阶段。目前我国尚未制定关于废胶粉改性沥青的 标准及其混合料的设计规范，生产及试验所使用的标准与设备基本与ＳＢＳ改性沥青的相 同。因此在开展对橡胶沥青及其混合料的研究中，借助国外现有的规范和试验方法必不 可少，并应适当地结合当地的气候交通状况，对其进行系统缜密的测试分析。 结合以上问题的分析以及当地的气候特点，材料状况，试验条件等因素，拟定本文 的主要研究内容如下： （１）文献总结 对国内外现有关于废轮胎胶粉改性沥青及其混合料的规范和试验方法进行了归纳 总结，为试验和胶粉沥青及其混合料的设计和使用提供了指导和依据。本文所依据的试 验与设计方法并不完全拘泥国内现有的规范，而是更多的参考了美国各州的规范，美国

材料与试验协会标准（ＡＳＴＭ），美国国家公路与运输协会标准（从ｓＨｌ’０），英国标
准协会标准（ＢＳ）以及香港地区的相关规范。文中各试验所依照的标准参见附录Ａ。 （２）废轮胎胶粉的选用和指标测试 根据总结得到的规范要求，对试验所用胶粉的级配，比重，含水率，金属含量，纤 维含量等指标进行检验，提出适于当地使用的胶粉掺配比例及试样准各方法。 （３）废轮胎胶粉改性沥青的性能测试 通过旋转粘度测试分析制各条件及胶粉掺量对橡胶沥青的粘性的影响，提出了适宜 的胶粉改性沥青的实验室制备方法。分别对原样，经过短期老化，经过长期老化的橡胶 沥青进行动态剪切流变（ＤＳＲ）试验，分析了温度，胶粉掺量，基质沥青类型等因素对 胶粉改性沥青高温抗车辙性镜，疲劳性能的影响。并根据Ｓｕｐｃｒｐａｖｅ的分级要求，划定了 橡胶沥青的高温ＰＧ等级。 （４）废轮胎胶粉改性沥青混合料的性能测试 根据当地的使用要求，选择四种类型的沥青混合料，包括采用不同基质沥青的两种 间断级配胶粉沥青混合科，一种开级配胶粉沥青混合料，一种普通沥青ＳＭＡ，通过劲度 模量试验，轮辙试验，冻融劈裂试验及长期老化试验评价并分析了不同类型混合料的高 温稳定性，水稳定性及抗老化性能。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

２胶粉的选用和指标测试
２．１

胶粉对橡胶沥青性能的影响
废轮胎胶粉，作为橡胶沥青的改性剂，是由废旧轮胎经过粉碎，打磨制得的粉状胶

科。橡胶沥青混合料的性能除取决于沥青、石料的性质和级配外，橡胶颗粒本身的技术 性质也有重要影响，例如胶粉的掺量、来源、化学成分、生产工艺、粗细等。因胶粉掺 量的影响和基质沥青特性、拌合条件等有关，将在下一章内通过试验进行详细探讨，本 节主要将其它特性及其影响介绍如下。 ２．１．１胶粉的化学成分 轮胎胶粉中含有天然橡胶、合成橡胶、硫磺、碳黑、抗老化剂等组成成分，这些成 分对改善沥青混凝土的品质都十分有益。国内外学者研究表明，橡胶的掺入能提高沥青 的软化点，改善低温下的流动性， 降低针入度，提高延度（特别是低温下的延度）。

硫磺能够改善沥青的温度稳定性，碳黑可以改善沥青的粘附性、耐久性和抗磨性，提高 沥青混合料的抗车辙性，但碳黑的增加也会导致延度的降低，抗老化剂可以提高沥青的 抗老化性能。因此，由橡胶粉的成分可以看出，胶粉对沥青的高低温性能、抗老化性能 等都有不同程度的改善【４１１。 ２．１．２胶粉来源 对于制作废轮胎胶粉，常用的轮胎品种有子午胎（乘用车轮胎）和斜交胎（轻型载 重车轮胎，载重车、大型乘用车轮胎）。这两种轮胎的组成成分差别很大，乘用小汽车 轮胎（目前均为子午胎）中天然橡胶与合成橡胶的比例为２０：８０。大型载重车（主要为 斜交胎）的比例为７０：３０。交通部公路研究所Ｉ¨１的研究结果显示斜交胎改性沥青的针入 度小于子午线胶粉改性沥青，软化点、粘度、弹性恢复、针入度指数等指标大于子午胎 胶粉沥青，当量脆点、５。ｃ延度及当量软化点小于子午胎橡胶粉改性沥青。因而，总体

来看。斜交胎胶粉的改性效果明显好于子午胎胶粉。
２．１．３胶粉的生产工艺 橡胶颗粒的表面状况、颗粒形状直接影响橡胶颗粒与沥青问的相互作用情况及混合 料的组成结构状态，进而影响混合料的性能，而橡胶颗粒的表面状况和形状特性取决于 其生产工艺。通常，橡胶颗粒的生产工艺也分为常温粉碎和低温粉碎两种。

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（１）

常温粉碎

常温粉碎是在略高于常温的温度下通过机械作用粉碎橡胶轮胎制成橡胶颗粒的一 种粉碎方法。其粉碎原理是通过机械剪切力的作用对橡胶进行挤压，辗磨、剪切和撕拉 从而将其切断和压碎。 废橡胶轮胎经过预加工后进行常温粉碎的工序主要为粗碎与细碎，一般经过三个阶 段：首先将大块轮胎废橡胶破碎成５０ｒａｍ大小的胶块；然后在粗碎机上将上述胶块再粉碎 成２０ｍ的胶粒，将粗粒送入金属分离机中分离出钢丝等金属杂质，再送入风（水）选机 中除去纤维；第三是用粉碎机将上述胶粒进一步磨碎后，经筛选分级，最后得到各种粒 级的橡胶颗粒。 这种生产方法的特点是投资小，工艺流程短，生产成本低，但粉碎过程中温度升高， 尤其是细碎产热很多，橡胶容易氧化。由于常温粉碎法在技术经济指标上优于低温粉碎 方法，因此其在橡胶颗粒工业化生产中占据主导地位，是世界橡胶颗粒生产的主要方法． （２）低温粉碎法 低温粉碎法是通过制冷介质使橡胶冷冻到玻璃化温度以下，在低温下采用机械进行 粉碎而制备橡胶颗粒的一种方法。具体过程为废橡胶经过预加工后，利用液氮为制冷介 质，使废橡胶冷冻至玻璃化温度以下，然后用锤式粉碎机或辊筒粉碎机进行低温粉碎。 低温粉碎方法由于使用液态氮降温，故成本较高，但产品粒度细，单体解离比较充 分。而且生产全过程均采用以压缩空气为动力的送科器和封闭式管道输送，除废旧轮胎 投入和产品包装时与空气接触外．全线均为封闭状态，可以避免生产过程中橡胶的氧化． 由于采用冷冻法生产，无高温气味，不产生二次污染，且能回收未经硫化的橡胶【川。 因为低温粉碎方法的生产较为复杂，对仪器的要求较高。投资成本较大，目前尚未 能够广泛应用，例如香港地区的所有胶粉生产厂家均采用常温粉碎法生产废胶粉颗粒。 目前全国胶粉生产厂家已有５０余家，主要分布在北京、深圳、上海、江苏、山东、河南、 四川等１４个省市，其中年产量在２０００吨以上的胶粉企业有２０余家。天津、新疆、陕西等 省、区、市也正在积极筹建规模在３０００吨到万吨以上的胶粉生产线，这些生产企业为胶 粉的使用提供了重要的市场来源。 ２．１．４胶粉的粒径和级配 胶粉的粒径分布能够影响橡胶沥青的物理性质，较细的胶粒，比表面积大，与沥青 反应时，溶胀过程将在短时间内发生，所生产出的橡胶沥青的粘度也比较高。而当胶粒 过细时，由于胶粉溶胀得快速并且完全以及后续的降解作用，生产出来的结合料在存储 过程中更容易发生粘度降低的现象。

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经过多年的研究总结，在现有的有关橡胶沥青的生产和试验规范中，胶粉的粒径和 级配都被作为一项必不可少的要求，须严格控制。表２．１列举了美国的四个州和我国江 苏省对于胶粉的筛分规格要求。

表２，ｌ不同地区的胶粉筛分规格
Ｔａｂ，２．１ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ＣＲＭ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ 佛罗里达 加利福尼亚

亚利桑那

德克萨斯

江苏

废轮胎胶 胶耪类型?
ＴＹｌｐｅ Ｂ Ｔｙｐｅ＾ Ｔｙｐｅ Ｂ

粉 ｆ７５±２吣

天然檬腔
（２５±２射

Ｇｒａｄｅ Ｂ

Ｇｒａｄｅ Ｃ

２．３６０＝＝
２．０００＝ｍ

１００

ｌ∞
６５—１００

９８－１００ ４５—７５

１００

ｌ∞
７０—１００ ２５－６０
１００

ｌ∞
６５＿１００

１．１８０ｍ
通过率
（％） ｏ．６００＝＝

９５－１００ ３５＿啦５

２Ｄ—ｌ∞
扣４５

ｌ∞

２—２０

９０—１００ ４５－１００

２０—ｌ∞

０．４２５Ⅲ

０．３岫
０．１５０ｍ
ｏ．０７Ｇｒａｍ

１００ ５０－８０

４０－６０

㈣
Ｏ一２

１０－３０ ０＂－４
Ｏ一１

０－４５ Ｏ一５ ｏ－５

ｏ－５

?因本文使用需要．此处所列出的胶粉类型均为适用于沥青路面混合科的胶粉类型，适用于其它 路面结构的胶粉类型并未提及，如亚利桑那州的Ｔｙｐｅ Ａ，佛罗里达的Ｔｙｐｅ Ｃ均适用于应力吸收层
（ＳＡＭＩ）。

２．１。５杂质 存在于胶粉中的杂质主要有水分，轮胎帘布纤维，矿质微粒以及细小的金属颗粒。 水分的影响主要在于当潮湿的胶粉加入到热沥青中时容易导致沥青的起泡和膨胀。起泡 引发结合料体积膨胀，会使其溢出生产或储存容器。即使是很小的水分含量，也会引起 沥青起泡的现象，经验表明超过１％的水分含量都会导致沥青的过分起泡。在试验中， 水分含量可以由称量胶粉在１０５＋５。Ｃ加热至恒重前后的质量来确定。 由于在生产过程中处理不净，轮胎帘布纤维会残留在胶粉当中。纤维的存在使得橡 胶沥青在某些工程应用中会产生很大问题，例如对石屑封层（ｃｈｉｐ ｓｅａｌｓ），中间层 （ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ），以及防渗护面（ｍｅｍｂｒａｎｅｓ）等喷洒工程的均匀性会受到影响。而对于裂

缝处理以及热拌沥青混合料的应月ｊ，可以允许较高的纤维含量。数据表明…随着纤维的
加入，橡胶沥青的粘度，软化点以及弹性恢复都表现出增大的趋势，而针入度和延度则 有所降低。

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金属杂质可能来自于轮胎内的金属线圈或研磨设备，矿物杂质则有可能来源于轮胎 表面或内部附着的石子。过量的金属和矿物杂志虽然对橡胶沥青本身的性质没有很人的 影响，但是在使用橡胶沥青的过程中会加速泵送等机具的磨损。 表２．２总结了不同规范关于胶粉物理、化学特性的指标要求，其中就包含了含水率， 金属含量以及纤维含量的具体要求。

表２．２不同地区的胶粉特性指标

旦坠至：兰旦翌苎堕￡堡ｇ坠ｉ！！虫！翌垒鱼！￡曼型鱼垒ｉ堡堕堕堕堕ｉ里墅
试验指标
ＡＳＴＭ Ｄ６１１４

加利福尼亚

佛罗里达

江苏

２．２胶粉的物理指标测试
２．２．１胶粉的级配确定 根据表２．Ｉ中的数据，将各地区的胶粉级配要求绘制于图２．Ｉ，其中我国江苏省所 规定的级配范围与美国亚利桑那州的相同，因此这里只将后者绘于图中。如图２．Ｉ所示， 佛罗里达州橡胶沥青所用的胶粉颗粒较细，是根据当地路面结构的特殊要求而定的，在

本文中不予采用，亚利桑那州的胶粉级配范围较大，包含了几乎所有其它地区的级配范
围，且亚利桑那州的级配中值可以看作是所有地区胶粉级配曲线的中值，因此，在本文 中，格亚利桑那州的胶粉级配中值拟订为目标级配。

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１∞ ∞ ∞
７０

妄∞ √
∞ ｊ｝ 捌∞ 霸 ∞ ∞
１０

，ｏ力ｆｌ■
。，＋ ， Ｌ， ，

，形
ｎ５

缝蘸
…◆…加利福尼亚 …◆加利福尼亚

—●Ｐ德克萨斯Ｇｒａ曲
－４ｋ－－德克萨斯Ｏｍｄｅ

一德克萨斯Ｇｒａ由 一德克萨斯Ｇ啊抽 －●－亚利桑邦中值
＇ １．５

筛孔孔径

（ｍ巾）

图２．１不同地区胶粉级配要求比较
Ｆｉｇ．２．１

Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｒｕｍｂｒｏｂｂｅｒｉｎｄｉｆｆｅｉｔｎｉｌｏｃａｔｉｏｎｓ

在本文中，使用的胶粉为本地厂家生产的１０目及２０目胶粉，两种胶粉细度比较如 图２．２与图２．３所示。对两种胶粉进行筛分试验，所得级配如表２．３所示。

图２．２试验用１０目粒径胶粉
Ｆｉｇ．２．２ １０ ｍｅｓｈ ｉｎ ｔｈｅ

图２．３试验用２０目粒径胶粉
Ｆｉｇ．２．３ ２０ ｍｅｓｈ

ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ
ｔｅｓｔ

ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ

ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ

在实验中，为使所用胶粉级配尽可能接近亚利桑那州要求的级配中值，将１０目胶 粉中经过孔径１．１８ｍ筛筛余的部分和２０目胶粉按１：１的比例混合使用，得到的胶粉 级配如表２．４所示。该胶粉级配满足美国亚利桑那州的规范要求，基本接近其级配中值。 如图２．４所示．

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表２．３ Ｔ曲．２．３

１０几及２０几胶粉的级配

Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ １０ ｍｅｓｈ ａｎｄ ２０ ｍｅｓｈ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

表２．４试验胶粉级配
Ｔａｂ．２．４ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

筛孔孔径（ｍｍ）

Ｆｉ９２．４

Ｃ＝圳Ｏｌｌ

图２．４试验用胶粉级配
ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｔｔ

２．２．２胶粉的物理指标测试 在对胶粉的物理指标测试中，各项指标所需满足的要求参照ＡＳ＇Ｉ＇Ｍ
“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ Ｄ６１１４［４２１

Ｂｉｎｄｅｒ”。对试验所用胶粉取两份试样进行

比重，含水率，金属含量，

纤维含量测试，所得结果如表２．５所示

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

表２．５胶粉试验结果
Ｔ曲．２．５
１＇ｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

由表２．５可知，试验胶粉的比重，含水率，纤维含量均满足ＡＳＴＭ

Ｉ）６１

１４的要求，金

属含量则超过规范要求的最大值，因此在每次使用之前，按照ＡＳＴＭ Ｄ６１１４中的方法进 行处理，即将胶粉摊平，用磁铁掠过胶粉表面，以除去胶粉中的铁屑，使其满足规范要 求。此外，由于胶粉的含水量容易受到存放条件和环境湿度的影响，为确保胶粉含水率 能够满足规范要求，在使用之前．将其置于６００ｃ烘箱内烘干１个小时以上。

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３废胶粉改性沥青的性Ｌ…，，州Ｉ试与分析
３．１

废胶粉改性沥青的生产和实验室制备

３．１．１改性沥青的关键问题 改性剂与沥青的充分混溶是改善沥青性能的基本前提。在此基础上，改性剂吸附沥 青中的轻质组分而发生溶胀，已溶胀的改性剂又与沥青的其余组分相互作用，从而形成 一种新的结构体系。加之此种改性剂自身的固有特性而使沥青性能得到相应的改善。因 此相容性、溶胀和分散度即成为改性沥青的关键问题。 对于废轮胎橡胶而言，由于其是硫化胶，分子呈三维空间网络结构，没有粘性和塑 性而富弹性。橡胶粉在加入热沥青中后吸收油分而产生溶胀，使其占据４０％甚至更大的 体积【４３】，橡胶粉颗粒相互接触的机会大大增加，橡胶粉形成半固态的连续相。又由于胶 粉在热作用下脱硫再生，部分恢复生胶性质，橡胶颗粒重新具有一定粘性，并由原来的 紧密结构转变为疏松和絮状结构。这种状态的橡胶颗粒可均匀地分散在沥青中而形成一 种悬浮液，从而赋以沥青新的性质。在这一过程中，沥青主要起软化剂作用，Ｇｏｒｄｏｎ Ａｉｒｃｙｌ“１等人研究了橡胶沥青加工前后基质沥青的组分变化，发现在檬胶沥青的加工条 件下，基质沥青的沥青质含量显著增加，越软的沥青，沥青质含量增加越明显。 由以上的废胶粉改性沥青的机理不难看到胶粉与沥青的相容性，胶粉在与热沥青混 合后的溶胀，以及胶粉颗粒在沥青中的分散度，对改性效果的影响至关重要，而经济合 理的生产方式，又是保证相容性，溶胀以及分散度的重中之重。 ３．１．２改住沥青的制备方法 除了少数改性剂（如乙烯一丁二烯胶乳，即ＳＢＲ）可以采用直接投入的方法制造改性 沥青外，大部分改性剂与道路沥青的相容性不好。必须采用特殊的加工方式。我国之所以 长期以来对改性沥青的研究和推广进展缓慢，也是由于在改性沥青用设备上存有问题。 因此改性沥青设备成了发展改性沥青的关键所在。归纳起来，改性沥青的加工制作方法， 可以分为直接投入法和预混法两大类Ⅲ，而其中预混法又包括母体法，现场制作法和由 工厂制作改性沥青成品三种工艺。下面对这几种改性沥青的制作方法加以简单介绍： 直接投入法：直接投入法是直接将改性剂投入沥青混合料搅拌机与矿料、沥青经搅 拌制作改性沥青混合料的工艺，橡胶沥青的干法工艺即属于这一类型。而实际上，直接 投入法是制作沥青混合料的工艺，并非名副其实的制作改性沥青。 母体法：母体法是采用一种适当的方法制备加工成高剂量聚合物改性沥青母体，再 在现场把改性沥青母体与基质沥青调稀成要求改性剂含量的沥青，所以义称二次掺配

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

法。对于与沥青相容性不好的ＳＢＲ、ＳＢＳ、ＰＥ橡胶粉等聚合物改性沥青剂，都可以采 用高速剪切等１艺生产高浓度的改性沥青母体。但由于工程应用中人工粉碎母体特别麻 烦，与沥青二次掺配的设备投资也比较高，且母体使用的沥青品种与上程上的沥青品种 不一致时，也存在沥青的相容性问题。所以现在国外已经很少采用这种方法生产改性沥 青了。 机械搅拌法：从理论上说，聚合物改性剂与基质沥青都可以通过机械搅拌制得改性 沥青。不过由于改性剂与基质沥青的相容性不同，采用机械搅拌法的难易程度有很大差 别。对乙烯一乙酸乙烯酯共聚物（ＥＶＡ）以及某些相容性较好的聚合物，可以采用这种 方法，而对ＳＢＳ、ＰＥ等相容性较差的改性剂，不适用于机械搅拌法。 胶体磨法和高速剪切法：对于目前工程上使用较多的ＳＢＳ、ＳＩＳ等热塑性橡胶类和 ＥＶＡ、ＰＥ热塑性树脂类改性剂，由于它与沥青相容性较差，仅仅采用简单的机械搅拌势 必需要很长时间，且效果不好。对于这些改性剂，必须通过胶体磨或高速剪切设备等专 用机械的研磨和剪切力强制将改性剂打碎，使改性剂充分分散到基质沥青中。这种生产 方法是目前国际上最先进的方法，除了可以在工厂生产专用的改性沥青并运输到现场使 用外，也可将改性沥青设备安装在现场，边制造边使用，给生产带来了很大的方便。且 改性沥青的质量良好。现场使用的改性沥青设备有胶体磨式与高速剪切式两大类，这两 类设备都是国外常用的专用改性沥青制作设备。目前我国主要采用胶体磨法。对于废胶 粉改性沥青的制备，采用这两种方法都可以得到高质量的改性沥青，制作工艺比较简单， 其中的关键在于搅拌温度的控制。 ３．１．３废胶粉改性沥青的实验室制备 对于废胶粉改性沥青的实验室制备，国内外诸多学者【４孓忉都采用高速剪切乳化机进 行。仪器的剪切搅拌器由带孔的定子和转子组成，当电机开动后，在剪切头的下方形成 一个真空区，改性剂和沥青混合物被吸入，通过定子上的小孔将改性剂强迫剪碎并分散 在沥青基质中，同时使粉碎的流体介质形成高速液流。通常高速剪切仪的转速可以达 ７０００—８０００ｒｐｍ，而为防止启动电流过大烧毁电机，开启时宜用较慢的速度。在废胶粉改 性沥青的实验室制备的过程中，各国学者选用的制备条件，包括反应时间，温度及高速 剪切仪转速并不完全相同，表３．１总结了国外一些学者所使用的废轮胎胶粉改性沥青的 制备条件．

大连理Ｔ大学颀十学位论文

通过对国内外大量文献及经验的总结，初步拟定橡胶沥青的实验室制备过程如下： （１）将基质沥青加热到１５０ ｏＣ，为防止基质沥青老化，将一定剂量（２０％－５０％）的 橡胶粉加入其中。在加入胶粉过程中，用搅拌棒不停搅拌，使胶粉能够均匀的分散在 沥青当中． （２）继续将沥青和胶粉的混合物加热到１７５０Ｃ， 并将剩余的胶粉加入到沥青中。在

初始阶段．低速（５００ｒｐｍ）搅拌５分钟，然后以２０００ｒｐｍ的转速均匀的搅拌４５分钟到 １小时，在这一过程中，混合物的温度控制在１８０士５。Ｃ。搅拌结束所得的混合物即为 橡胶沥青． （３）搅拌完成后，在橡胶沥青温度为１７５。Ｃ时提取少量样品，对其进行１７５。Ｃ下的 粘度测试。在本试验中，参考ＡＳＴＭ
１５００ｃｐ－５０００ｃｐ。 Ｄ６１

１４的要求，认为工程可接受的粘度范围为

本实验所用的橡胶沥青的制备装置如图３．１所示。为高速乳化搅拌仪ＭＢＥ一１０型， 最大转速９５００ｒｍｐ。按上述过程生产出的橡胶沥青如图３．２所示，观察发现，橡胶沥青 较基质沥青更为粘稠，且悬浮于沥青中的胶粉颗粒明显可见。

幽３．１坡胶粉改性沥青的制各
Ｆｉｇ．３．１ ＡｓＤｈａｌｌ Ｒｕｂｂｅｒ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

图３．２商速翦切仪制备成的橡胶沥青
Ｆｉｇ．３．２ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＨｉｇＩｌ?Ｓｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能石Ｊｆ究

３．２基质沥青类型和胶粉掺量的选用
在本研究巾主要探讨基质沥青类型以及胶粉含量对橡胶性能的影响，采用两种类型 的基质沥青，一种是在我国香港地区常用的Ｓｈｅｌｌ６０／７０沥青，另一种是我国南方地区常 用的国产７０号沥青。根据各自的规范要求，二者的技术指标分别列于表３．２及表３．３ 内。 从现有的关于废胶粉改性沥青的规范来看，不同地区所规定的胶粉含量并不相同， 表３．４列举了一些地区关于胶粉含量的要求，从表中可以得知，除佛罗里达的ＡＲＢ５和 ＡＲＢｌ２以外，其余各橡胶沥青的胶粉含量均满足ＡＳＴＭ定义中大于１５％的要求，美国 南内华达州的规范【４Ｂｌ表明，橡胶粉的含量也不宜大于２３％。因此，在本实验中，经多种 考虑决定，对于Ｓｈｅｌｌ６０／７０沥青，分别加入１５％，１８％，２１％和２４％四种不同含量的废轮 胎胶粉，制各成四种橡胶沥青，并将这一类型的橡胶沥青统一归为类型Ｉ。对于国产７０ 号沥青，主要用作对比试验研究，仅加入１８％的胶粉制成一种改性沥青，称为类型ＩＩ．
表３．２
Ｔａｂ．３．２

Ｓｈｅｌｌ６０／７０性能指标测试
Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆＳｈｅＵ ６０／７０ ｂｉｔｕｍｅｎ

表３．３ Ｔ曲．３．３

７０号沥青性能指标测试
１ｌｅｓｔ ｒｅｓｕ｜ｔ ｏｆ７０噼ｂｉｔｕｍｅｎ

大连理Ｔ大学硕十学位论文

胶粉含量（占
总结合料的 百分比）
≥１６．７

≥４．８

≥１０．７≥１６．７

１４—２０

２０土２

≥１５

２０±３

胶粉含量（占 基质沥青的
百分比）

≥２０

≥５

≥１２

≥２０

‘１６．３－２５

２５±３．２

≥１７．７

２５±４．９

３．３废胶粉改性沥青的粘度试验
３．３．１沥青的粘度和测试仪器
粘度是沥青的力学指标，粘度的大小反映沥青抵抗流动的能力．沥青粘度大，牯结 力强，所拌制的沥青混合料强度高，稳定性和耐久性好。 沥青的粘性是沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力。设在两个平行的平面之问填 满沥青材料，如图３．３所示。当平面Ｍ在外力作用下相对平面Ｎ产生速度为ｖ的平行 位移时，将会带动沥青一起运动，使沥青受到剪切作用。但距离平面Ｍ近的沥青移动 要比距离远的快得多，于是在沥青层内形成不同的位移速度。在单位距离内沥青移动速 度的变化称之速度梯度，也即剪变率ｄｖ／ｄｙ，或简单以ｙ’表示。在试验计算时，公式为
７＂＝ｖ／ｄ

（３．１）

式中，ｄ为平面Ｍ与平面Ｎ之间的距离。 沥青受到的剪应力为：
ｚ＝ＦＩＡ

（３．２）

Ｆ－－剪应力，Ｎ； ．４－－面积。ｍ２。
剪应力ｒ与剪变率ｒ：艺比定义为秸度，以符号盯表示，即 口＝的’ （３．３）

式中，

当剪应力为ＩＰａ（Ｎ／ｌｎ２），剪变率为１ ｓ－ｌ时．粘度为１Ｐａ．ｓ。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

由不同原油，不同１艺所炼制的沥青，即使标号一样，它们的粘度也往往有很人差 别，因此用钊‘入度表示沥青的稠度（粘度）是不够准确的，有些国家，如美国就改用绝 对粘度来划分沥青的标号。又因为不同沥青达到相同粘度时的温度也不相同，在加热的 沥青达到某一粘度范围时既能保证泄合料具有一定的工作性，又不会使沥青过热老化。 因此，规定沥青的施工加热粘度比规定其施工加热温度更为合理。从目前采用的路面沥 青规范来看，皆以６０ ｏＣ的粘度作为一个高温控制指标，要求沥青粘度不能小于一定值。 但为了保证沥青混合料的正常生产，便于沥青的泵送和沥青混合科的拌和，沥青在施工 温度下（１３５ ｏＣ）的粘度也不能过大，须搭配以１３５ ｏＣ的动态粘度来控制感温性。 对于橡胶沥青而言，粘度是监控品质变化的最有效手段，粘度指标可用来判断是否 添加了足够的橡胶粉，以及是否添加了过多的橡胶粉而丧失工作性。在橡胶沥青应用较 普遍的国家和地区。粘度都被用作最重要的过程质量监控指标，并设置一个粘度控制 范围。橡胶沥青粘度较高，～般以１７５０Ｃ的粘度作为主要的质量检验项目，因此在本研 究将使用适当的检测方法来测试各种橡胶沥青的粘度。 沥青粘度的测定方法可分为两类：一类为“绝对粘度法”，另一类为“条件秸度法”。 前者采用的仪器有毛细粘度计、同轴旋转粘度计和滑板式微膜粘度计等。后者采用经验 单位粘度计，为各种流出型粘度计，如赛氏粘度计、恩氏粘度计和标准粘度计等。针入 度也是测定条件粘度的方法。 本文采用布洛克菲尔德（ＢｒｏｏｋｆｉｅＩｄ）粘度计（简称布氏粘度计）测试橡胶沥青在
１７５

ａｃ时的粘度。布氏粘度计可以测量沥青的高温（４５０Ｃ以上）粘度。其工作原理如

图３．４所示，即将少量沥青样品盛于恒温控制的盛样筒中，一个转子在沥青试样中转动， 测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩。扭矩读数乘以仪器参数即可得到以厘泊（ｃｐ） 表示的沥青粘度，ｌｏｐ＝ｉｒａ Ｐａ?Ｓ＝Ｉ／１０００Ｐａ．Ｓｏ 美国在橡胶沥青粘度测试中采用２７号转子，转速为２０ｒｐｍ。实践证明，转速过快和 转子过小对橡胶沥青测试是不利的。转速过快会加速橡胶沥青在测试过程中的离析，而 转子过小（与胶粉颗粒粒径太接近）也会使测试结果失去代表性，同时，测试还需要满足 测试精度的要求。基于这几点，采用２７号转子，转速２０ ｒｐｍ时的剪变率是基本合理的， 这也是本文所选用的转子型号和转速阳】。

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（面积＾）

图３．３沥青的剪切示意图
Ｆｉｇ．３．３ Ｓｈｅａｒ ｏｆａｓｐｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒ

图３．４旋转粘度仪的工作原理
Ｆｉｇ．３．４ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ

３．３．２橡胶沥青粘度的测试和分析 （１）相同反应条件下橡胶沥青粘度的测试 因为不同沥青达到相同粘度时的温度不同，首先按照３．１．３节中所提出的橡胶沥青 实验室制备的常用条件（１７５—１８５。ｃ搅拌４５ｍｉｎ），分别采用Ｓｈｅｌｌ６０／７０和国产７０号两 种基质沥青，加入１８％盼橡胶粉制备出两种橡胶沥青（分别记为类型Ｉ和类型ｌＩ），用 布氏粘度计测得每种橡胶沥青两组试样的表观粘度如表３．５所示．

表３．５以相同条件生产的两种橡胶沥青１７５。ｃ粘度比较
Ｔａｂ．３．５

Ｖｉ∞∞略ｏｆｔｗｏｔｙｐｅｓ ｏｆＡＲｂ缸ｄ口—ｏｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｇｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

由表３．５可见，两种橡胶沥青虽然使用相同的设备，在相同的条件下（１７５－－１８５。Ｃ 搅拌４５ｍｉｎ）制备而成，且胶粉的掺量也相同，但由于所用基质沥青的类型不同，导致 二者的粘度差异达到３０．８％。从中也可以看到基质沥青为Ｓｈｅｌｌ６０／７０的橡胶沥青类型Ｉ 的１７５。Ｃ要低于基质沥青为７０号的橡胶沥青类型ｌＩ，为使二者能够达到接近的粘度， 需对某一种橡胶沥青的制备条件进行调整，因类型ＩＩ为江苏省交科院推荐的一种橡胶沥

废轮】｜ｆ｝胶粉改性沥青材料的路用性能研究

青形式，技术较为成熟，生产山的橡胶沥青粘度也接近ＡＳＴＭ Ｄ６１１４要求的中值 （１５００—５０００ｃｐ），而Ｓｈｅｌｌ６０／７０生产橡胶沥青则没有相关规范和具体的研究成果，需 做进～步探究。 （２）不同反应条件下橡胶沥青粘度的测试和分析 为研究橡胶沥青类型Ｉ粘度随不同生产条件的变化规律，需对不同搅拌温度，不同 反应时间下的橡胶沥青粘度进行测试。在这里。胶粉掺量仍然取１８％，与基质沥青的搅

拌温度分别控制在四个范围内：①１６５－１７５。Ｃ。②１７５－１８５０Ｃ，③１８５—１９５０Ｃ。④１９５—２０５。Ｃ。
并分别在开始反应后的第１５，３０，４５，６０分钟时分别提取橡胶沥青样品进行１７５０Ｃ的 粘度测试，经过多次抽样和测试，总结出不同反应条件下１８％橡胶沥青类型１的１７５ 粘度如表３．６所示。
表３．６不同反应条件下橡胶沥青１７５ ｏｃ粘度测试结果
Ｔａｂ．３．６

ｏＣ

Ｖｈｃ，ｏｓ时ｏｆＡＲｂｉｎｄｅｒ ｕｎｄｅｒ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

根据表３．６中的数据结果，对不同搅拌温度下橡胶沥青随时间变化的粘度进行拟合， 得到不同反应条件下，１８％橡胶沥青类型ｌ的１７５ ｏＣ粘度的变化规律，如图３．５所示。 由图３．５可见。搅拌温度控制在１６５－１９５０Ｃ时，橡胶沥青秸度随反应时间的增加而 呈增长趋势，变化曲线几乎为直线，且搅拌温度越高，在相同时刻对应的枯度值越大。 而当搅拌温度大于某一温度（１９５０ｃ）时，反应时间在４５ｍｉｎ之前时，粘度随时间而增长。 逐渐接近（达到）粘度最大值，当反应时间继续延长时，粘度达到最大值之后则呈递减趋 势。从橡胶沥青的反应机理可以得知，在最初阶段，橡胶粉熔胀占据主导地位， 橡胶

颗粒体积迅速膨胀，橡胶粉颗粒相互接触的机会大大增加，此外，轻质组分被吸收后， 自由沥青的粘度也相应升高。两者共同导致在沥青与橡胶作用的最初阶段，粘度快速增 加。而当溶胀达到一定程度后，脱硫和降解过程加速发展。脱硫造成维持不同橡胶分子 共同作用的交联断裂，最终导致橡胶颗粒崩解，降解导致橡胶分了链断裂。橡胶分子 量下降，这两个过程都将导致粘度下降。轮胎橡胶脱硫后，力学性能下降，弹性工作温 度区间变窄，降解则意味着橡胶性质的彻底失去，对橡胶沥青路面的使用性能都是不

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利的。因此，在橡胶沥青的制备过程中，应注意控制使搅拌在粘度－卜Ｉ降之前结束。此外， 通过图３．５还可以看到，在粘度上升阶段，控制温度在１８５－１９５。Ｃ和１９５－２０５０ＩＺ卜．的橡 胶沥青的粘度在各时间点都比较接近，控制温度主要影响反应进程的快慢，而对某时刻 粘度值的影响较小。

时问（ｒａｉｎ）

国３．５不同反应条件下橡胶沥青１７５口ｃ粘度 Ｆ嘻３．５
１７５ ６Ｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆＡＲ

ｂｉｎｄ盯啪ｄ盯ｄｉ疗嘣Ｉ豫ｌｃｌｉ岵ｃ∞ｄ砸咄

（３）不同胶粉含量的橡胶沥青的粘度测试 为使以Ｓｈｅｌｌ６０／７０为基质沥青的橡胶沥青能够达到较高的粘度，这里将反应温度控 制在１８５—１９５０Ｃ，反应时间控制为４５ｍｉｎ，胶粉掺量如前所述，分别为１５％，１８％．２１％ 和２４％，并将这一类型的橡胶沥青统一称为类型Ｉ。对于国产７０号沥青，主要用作对 比试验研究，加入１８％的废轮胎胶粉，记为类型ＩＩ。不同胶粉含量的橡胶沥青１７５ 粘度测试结果归纳于表３．７中，并将粘度随胶粉含量的变化规律曲线绘于图３．６。
ｑｃ

表３．７不同胶粉含量的橡胶沥青１７５．ｃ粘度测试结果
Ｔａｂ．３．７
Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ

ＡＲ ｂｉｎｄｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ

废轮胎股粉改性沥青材料的路用性能研究

在 趟 算

３

胶粉含量（％） 图３．６不同胶粉含量的橡胶沥青粘度曲线
Ｆｉｇ．３．６ Ｒｅｌａｉｔｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

据图３．６，从总体上看，在同样条件下制备出的橡胶沥青，其１７５ ｏｃ秸度值随胶粉
含量的增加而增大，特别是从２１％到２４％，粘度增长了２倍以上，由此可见，当胶粉含 量超过某一值时，其粘度增加较大，远远超出可以使用的范围（１５００ｃｐ－５０００ｃｐ），因 此本文建议，当使用Ｓｈｃｌｌ６０／７０作为基质沥青生产橡胶沥青时，胶粉的含量晟好不要超 过２１％。胶粉掺量在１５％到２１％的橡胶沥青，其粘度均可满足１５００ｃｐ－５０００ｃｐ的规范要 求，能够在实际工程中使用。

３．４废胶粉改性沥青的动态剪切流变试验
３．４．１

沥青结合料的流变性及测试方法

我们知道，作用在路面上的行车荷载并非一般的静止荷载，而是连续不断的动力荷 载。路面层内某一点的上方有车辆通过时，经历一个从受压变成受拉、又变成受压的循 环过程。因此，要研究沥青材料真正的力学响应，应该先研究它在动载作用下的变形特 征，即它的动粘弹性。前面所述的测试方法都是采用静载方法测定沥青的动力粘度，即 沥青承受恒定的剪应力产生相应的剪应变，求得沥青的绝对粘度．在振动荷载下ｒ沥青 的流交特性受到粘弹性的影响，与静载时有很大的不同，沥青的粘度通常小于静载时的 粘度。因此，测定振动荷载下的粘度受到越来越大的重视。

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沥青材料的流变学是研究沥青流动与变形的一门学科，它实际上是研究沥青材料的 弹性、粘性以及流动变形的科学，也是对沥青进行深入研究的理论工具。沥青的流变性 质直接影响沥青路Ｊ面的使用性能，无论是高温性能、低温性能、疲劳性能都可以借助于 流变学理论得到更完善的解释。常规的针。入度、软化点、延度等经验指标不能提供荷载、 时间和温度变化时沥青流变性质的资料，也就是说，这些指标与路面使用性能没有直接 联系哪Ｊ。美国在１９８７—１９９３年完成的公路战略研究计划（ＳＨＲＰ）中对沥青结合料高温 和低温性能的研究就是基于流变学思想进行的，并且提出了新的沥青结合料流变性质测 试方法。 沥青的流变性质取决于温度和时间。当温度很低时，沥青性状如同变形能够完全恢 复的固体，在荷载作用下表现为弹性体．在周期性交变变形作用下，弹性体的应力与应 变是完全同步的，即相位差为０，剪应力与剪应变之比即为剪切弹性模量。在高温状态 下，沥青如同粘性液体，几乎没有恢复变形或回弹的能力，对这种粘性体来说，在周期 性的应变作用下，虽然也产生相同周期的应力响应，但二者在时问上明显不同步，峰值 的出现整好迟后１／４个周期，即相位差为ｘ／２。但这只是两种极端情况。实际上沥青在 通常的路面温度及交通荷载下，无论是冬天或夏天，都不是完全的弹性体或粘性体，而 表现为弹性固体和粘性流体同存的粘弹性体。 美国战略公路研究计划（ｓ｝Ⅱ冲）在沥青结合料路用性能规范中提出评价沥青结合 料高温稳定性和中等温度条件下疲劳特性的指标是采用动态剪切流变仪（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｓｈｅａｒ

Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ，简称ＤＳＲ）。通过测量沥青胶结料的复数剪切模量Ｇ’和相位角６来表征沥 青胶结料的粘性和弹性性质，以提供它在路面使用期的详细性质。复数模量Ｇ‘是材料 重复剪切变形时总阻力的度量，是实数轴分量Ｇ’及虚数轴分量Ｇ”的复数和，它包括两 部分：其中实数部分储存弹性模量Ｇ’，即弹性（可恢复）部分，反映沥青变形过程中能量 的储存与释放：而虚数部分为损失弹性模量Ｇ”，即粘性（不可恢复）部分，反映沥青在变 形过程中由于内部摩擦产生的以热的形式散失的能量。相位角６是由于材料粘性成分的 影响．对材料输入正弦应力与产生的正弦应变响应不同步，滞后一个角度而产生的，是 可沥青结合料的弹性（可恢复部分）与粘性（不可恢复部分）的成分比例指标。Ｇ?、Ｇ’、 Ｇ”和６的关系如图３．７所示。在图中：
Ｇ，＝Ｇ’ｃｏｓ６

（３．４） （３．５）
（３．６）

Ｇ，，＝Ｇ．ｓｉｎｓ
ｔａｎ６＝Ｇ’／Ｇ”

ＳＨＲＰ采用的动态剪切流变仪（ＤＳＲ）的工作原理如图３．８所示，它属于平板式流 变仪，另外国际上常用的还有双筒旋转式剪切流变仪，它们的工作原理大致相同。在图

废轮胎胶粉改性沥青材｝：｝的路用性能研究

３．８中，两块ｍ２５ｍｍ或０８ｍｍ的平行板的间距１．卜２．２ｍｍ或０．９－１．８ｍｍ，将沥青试样央 在平板之间，一块板固定，另一块围绕着中心轴来回振荡，振荡板从Ａ点开始移动到Ｂ 点，又从Ｂ点返回经Ａ点到Ｃ点，然后再从ｃ点回到Ａ点，形成一个循环周期。试验角 速度为１０ｒａｄ／ｓ，约相当于１．５９Ｈｚ。所施加的荷载为正弦荷载，其应力应变波形如图３．９ 所示。

暴 蛆

Ｔ—上 卜—可—一实轴
图３．７复数模量的极坐标表达式
Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆｃｏｍｐｌｅｘ ｍｏｄｕｌｏｕｓ ｉｎ ｐｏｌ口ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ

飚３．７

图３．８动态剪切流变仪工作原理
Ｆｉｇ．３．８ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＤＳＫ

剪应力（剪应壹）

俪≯触
●一，

，收
Ｆｉｇ．３．９

加载时问．ｔ

圈３．９粘弹性材料应力一应变图
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ ｍｆｌｔｅｒｉａｈ

沥青式样的剪应力ｆ、剪应变，，、复数模量Ｇ‘及相位角万由以下公式计算得出： ｆ：＝＝『２７ （３．７） （３．８） （３．９）

刀ｒ。

，：＿８．ｒ ，２Ｔ

Ｇ．＝粤
托。一‰

大连理－Ｔ大学顺十学位论文

式中：Ｔ－－最大扭矩：
口——－振荡板的旋转角：

巧＝２石／?△ｆ

（３．１０）

ｒ＿——振荡板半径（１２．５珊或４ｍｍ）；

厅—叫式样高度（Ｉｍｍ或２衄）：
‘。、ｆｍ、ｙ。。‰旷—■式样承受的最大或最小剪应力、剪应交；

４卜滞后时间。

ＤＳＲ试验有应力和应变两种控制模式，应力控制的ＤＳＲ施加固定的扭矩，使板产 生振荡；应变控制的ＤＳＲ是以固定的频率使振荡板产生固定振荡，量澳９所需的扭矩。 ＳＨＲＰ在沥青结合料路用性能规范中，考虑到沥青路面的车辙等永久变形主要发生 在沥青路面铺筑的初期，所以采用对原样沥青及旋转薄膜烘箱老化（ＲＴＦＯＴ）后残留沥 青分别进行动态剪切试验来评价沥青的抗永久变形能力。ＳＨＲＰ规范定义Ｇ’／ｓｉｎ８为车 辙因子，其值大。表明沥青的弹性性质显著，即沥青的抗永久变形能力较强。因此以最 高路面设计温度下沥青结合料的ＤＳＲ试验指标Ｇ’／ｓｉｎ５作为沥青结合料的高温评价指 标，沥青材料的车辙因子指标应满足以下要求： （Ｉ）原样沥青的Ｇ’／ｓｉｎｓ不得小于１．０ｋＰａ； （２）ＲＴＦＯＴ后残留沥青的Ｇ’／ｓｉｎ５不得小于２．２ｋＰａ。 这一试验适用的温度范围为５—８５℃，Ｇ’在０．１－１００００ｋＰａ范围内。 同时，沥青路面的低温开裂和疲劳开裂主要发生在沥青路面已经老化的后期，ＳＨＲＰ 采用经过旋转薄膜烘箱试验（ＲＴＦＯＴ）及压力老化（ＰＡＶ）后沥青的在中等路面设计温 度下沥青结合科的ＤＳＲ试验指标Ｇ’＊ｓｉｎ５作为沥青结合料疲劳耐久性指标，Ｇ’＊ｓｉｎ６

越大表明重复荷载作用下的能量损失速度越快。有研究证吲”，沥青混合料的疲劳损
伤、疲劳寿命与循环加载过程中的能量损失具有比例关系，因此，较小的Ｇ’＊ｓｉｎ６数值 代表较好的疲劳抵抗能力。ＳＨＲＰ规定，经过旋转薄膜烘箱试验（ＲＴＦＯＴ）及压力老化 （ＰＡＶ）试验后沥青的Ｇ’＊ｓｉｎ ６不得大于５０００ｋＰａ。 近年来，我国学者利用ＤＳＲ对沥青材料的流变性已经作了很多方面研究，如陈华

鑫等酬对ＳＢＳ改性沥青进行了ＤＳＲ测试，分析了ＳＢＳ改性沥青动态力学性能的变化机 理，并得到了改性剂的种类和剂量对其动态力学性能的影响；冯师蓉删分析了沥青玛蹄 脂的流变特性与温度、填料粒径、填料含量之间的关系：刘勇吲等通过对各流变参数的
分析探讨了低标号硬质沥青的高温性能。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

３．４．２沥青结合料的老化试验介绍 沥青的老化过程一般分为两个阶段，即混合料拌和与铺筑过程巾的短期老化和路面 在长期使用过程中的长期老化。在前而的内容中提到，在进行沥青的ＤＳＲ试验时，需 对经过旋转薄膜烘箱试验（ＲＴＦＯＴ）及压力老化（ＰＡＶ）试验后的试验进行测试，下面 对这两种老化试验作以简单介绍： 旋转薄膜烘箱试验（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ
Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｎ

Ｔｅｓｔ，简称ＲＴＦＯＴ）：该法主要模拟

沥青混合料在加热拌和等施工过程中的热老化现象，老化程度与强制式搅拌机的拌和过 程较为接近。试验时将３５９＿＿＋０．５９的沥青式样放入规定尺寸的盛样瓶中，沥青加热时将 均匀地在盛样瓶内侧壁上形成５—１０
ｕ

ｍ厚的薄膜。盛有沥青试样的盛样瓶插入旋转薄膜

烘箱中的插孔内，加热过程中放置盛样瓶的环形架以１５ｒｐｍ±Ｏ．２ｒｐｍ的转速旋转，盛样 瓶每转到底部均会有喷气嘴向瓶内吹气。烘箱温度维持在１６３ ｏｃ±５ ｏＣ，持续加热７５ｍｉｎ。 这种试验条件较其它老化试验方法（如沥青蒸发损失试验，薄膜加热试验）更为强化， 试验结果精度较高。 压力老化试验（Ｐｒ鹤ｓｕ陀Ａｇｅｉｎｇ Ｖｅｓｓｅｌ，简称ＰＡＶ）：ＰＡＶ是美国ＳＨＲＰ成果 Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ所提出的长期老化试验的试验方法，正是它的出现．长期老化试验方法才成 为为公众所接受的标准试验方法。ＳＨＲＰ研究认为，沥青结合料老化主要是基于两种不 同机理：沥青中轻质油分的挥发和与环境中的氧起反应。在热拌和铺筑过程中，由于有 高温热气流的存在．结合料的老化按这两种机理发生老化，采用ＲＴＦＯＴ试验是适宜的。 在路面竣工后，虽然老化仍然继续进行，但使用温度较低，挥发已经不再是主要的了， 氧化机理将占主要的地位。大量试验研究表明改变不同的老化方法及老化时间，沥青性 质的变化大体上遵循一定的规律，在试验室老化条件下，只要使沥青性质的变化能与现 场老化条件相对应，便能确定模拟现场老化的条件来，ＰＡＶ的试验条件便是这样确定的。 标准的老化温度视沥青标号的不同规定为９０—１１００Ｃ，老化时间为２０ｈ，容器内的充气压 力为２．ＩＭＰａ。试验致据表明，ＰＡＶ试验对沥青老化的影响相当于使用期路面表层沥青 老化５年的情况。 ３．４．３沥青结合料的剪切流变试验研究 在本文中，分别对类型Ｉ的四种橡胶沥青以及橡胶沥青类型ＩＩ进行老化之前，ＲＴＦＯＴ 老化后以及ＲＴＦＯＴ＋ＰＡＶ老化后的ＤＳＲ试验，对每种橡胶沥青取进行二组平行试验。 其中原样沥青及ＲＴＦＯＴ后残留沥青从较低的５２０Ｃ开始试验，如合格则提高一级（６０ｃ）， 直到８８０Ｃ或某一试验温度下不合格为止。经过ＲＴＦＯＴ及ＰＡＶ老化后的橡胶沥青试验 从３１０Ｃ开始，如合格则降低３。Ｃ，直至某一试验温度下不合格为止。ＤＳＲ试验采用应

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变式控制模式，对原样沥青采用应变值７＝１２％，试验频率∞＝ｌＯｒａｄ／ｓ：对ＲＴＦＯＴ后的 试样应变值ｙ＝ｌＯ％，试验频率∞＝１０ｒａｄ／ｓ，原样和ＲＴＦＯＴ后的试样直径为２５ｍ，厚

ｌｍ，ＰＡＶ后的试样ｒ＝１％，试验频率【Ｄ＝１０ｒａｄ／ｓ，试样直径为８ｍｌ，厚２ｍ。原样橡
胶沥青，ＲＴＦＯＴ老化后以及ＲＴＦＯＴ＋ＰＡＶ老化后橡胶沥青的ＤＳＲ试验结果分别列于表 ３．８，表３．９及表３．１０中。为了对比分析，这里把类型Ｉ的基质沥青Ｓｈｅｌｌ６０／７０的ＤＳＲ 测试结果列在表３．１１与表３．１２中。

表３．８原样橡胶沥青ＤｓＲ测试结果
Ｔａｂ．３．８ ＤＳＲ ｔｅｓＩ ｍｓｕｌｔ ｏｆｏｒｉｇｉｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

表３．９
Ｔａｂ．３．９

ＲＴＦＯＴ短期老化后橡胶沥青ＤＳＲ测试结果

ＤＳＲ ｔｅｓｔ ｒｅｂａｉｔ ｏｆＡｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ ａｆｔｅｒ ＲＴＦＯＴ

１８％

５２ ５７．９ ６３．９ ６９．９

５２ ５３．５ ５５．８ ５８．５

７５．０３８９ ４７．１３８２ ２９．６９５５ １８，７１１６

１０４．１６９ ６６．０４９６ ４１．４５８ｌ Ｚ５．８１４ｌ

５２．１ ５７．９ ６３．９ ７０

４８．２ ４８ ４８．３ ４９．１

７７．３１９８ ４６．５６５６ ２８．４０１６ １７．８２７２

１０３．６７６ ６２．６７２３ ３８．０３５４ ２３，５７３６

一３２—

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一３３—

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性脚ｆ究

３１ ２８．４ ２５．４ ２２．４ １９．５ １６．５

５３．６ ５３．８ ５３．６ ５２．８ ５２．５ ４９．６

３０７．３８ ４３１．８３ ６４６．６２ ９８６．９６ １４１５．７ ２３５２．２

２４７．４０８ ３４８．４７ ５２０．４６ ７８６．１４３ １１２３．１５ １７９１．２９

３ｌ ２８．１ ２５．２ ２２．２ １９．２ １６．３

５３．２ ５２．６ ５３．１ ５２．５ ５２．５ ４９．９

２７０．７ ４１８．２２ ７３４．３４ １０４６．３ １２３７．３ ２４９１．７

２１６．７５４ ３３２．２４７ ５８７．２４５ ８３０．０８１ ９８１．６５７ １９０５．９３３

—３４—

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表３．１ｌ未经老化及ＲＴＦＯＴ老化后ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＤＳＲ测试结果
Ｔａｂ．３．１ｌ ＤＳＲｔｅｓｔｒｅｓｕ｜ｔｏｆＳｈｅｌｌ６０／７０ｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒＲＴＦＯＴ

一３５—

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

表３．１２
Ｔａｂ．３ １２

ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ老化后Ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＤＳＲ测试结果
ＤＳＲ ｔＣｇＩ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｓｈｅｌｌ６０／７０

ａ缸ｒ

ＲＴＦＯＴ ａｎｄ ＰＶＡ

根据表３．８．表３．１２的数据结果，对橡胶沥青的性能及指标进行以几下方面的分析： （１）储能模量Ｇ’的变化规律 根据以上试验结果及式３．４，分别求得各种橡胶沥青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０在原样状态及经 ＲＴＦＯＴ老化后的储能模量Ｇ’。并将其随温度变化的曲线分别绘于图３．１０和图３．１ｌ中．

温度（ｏｃｌ 图３．１０原样沥青的储能模量Ｇ’随温度变化的曲线 Ｆ唔３．１０
Ｇ’ｖｏｒｇｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｏｆＯｒｉｇ／ｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

大连理丁大学颀士学位论文

母

正

一
。

温度（。Ｃ） 图３．１ｌ

ＲＴＦＯＴ老化后沥青的储能模量Ｇ’随温度变化的曲线 ｏｆＯｒｉ＃ｍｌ
ＡｓｐｈａＢ Ｒｕｂｂｅｒ

Ｆｉｇ．３．“Ｇ’Ｖｅｌ＇Ｓｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ

储能模量Ｇ’是反应材科的弹性性能的参数，该值越大表明材料的弹性性能越好，对 于沥青路面，在高温条件下，希望沥青具有足够的弹性，以利于形变恢复。如图３．１０ 及图３．１１所示。无论是未经老化还是ＲＴＦＯＴ之后，各种沥青的储能模量Ｇ’均随着温度 升高而下降。这主要是由于温度升高，分子链段运动加剧，分子问的交联作用和分子力 减弱，分子运动所受的约束削弱，表现为沥青材料的劲度降低，即复数模量Ｇ?随温度减 小，从而Ｇ’也随温度升高而降低。但基质沥青储能模量要比橡胶沥青低得多，说明橡 胶粉的加入使基质沥青的弹性得到明显提高，而且对于胶粉含量较大的橡胶沥青，在同 一温度下，其储能模量也相对较高，即橡胶沥青的弹性基本随胶粉掺量的增加而上升， （２１％掺量的原样橡胶沥青，在６４０Ｃ以上时具有略高于２４％橡胶沥青的Ｇ’值，但可以 认为基本相当）另外也可以看到，１８０／ｄａｔ胶沥青类型ＩＩ的储能模量介于类型Ｉ的１５％和 １８％两种含量之间，说明在同等胶粉掺量下，由国产７０号生产的橡胶沥青其弹性性能 略低于以基质沥青为Ｓｈｅｌ］６０／７０的橡胶沥青． （２）相位角６的变化规律 为分析不同在种类橡胶沥青复数剪切模量中粘性成分与弹性成分的比例，这里将各 种橡胶沥青及类型Ｉ的基质沥青Ｓｈｅｌ｜６０／７０在原样状态及经ＲＴＦＯＴ老化后的相位角８ 随温度变化的关系曲线分别绘于图３．１２和图３．１３中。在高温条件下，６越小，表明该 材料弹性成分所占比例较大，即有好的抵抗高温变形的能力。由图中所示，各种结合料 的６均随温度的升高而增大，即温度的升高使沥青逐渐由弹性向粘性转化。而且各种橡

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

胶沥青的相位角６均远小于Ｓｈｅｌｌ６０／７０的，这也从另一个方面也说明了胶粉的加入有效 的改善了沥青的弹性性能。 从图３．１２中还可以看到，对于原样橡胶沥青类型Ｉ，当胶粉掺量在２１％以ｒ卜Ｊ时， 相位角６随胶粉掺量的增加而减小，胶粉掺量为２Ｈ６的橡胶沥青在各个温度’卜Ｉ的相位角 ６均为最小，而随胶粉含量继续增加（２４％），橡胶沥青的相位角又呈现增大趋势。这 说明，为使橡胶沥青拥有最小的相位角６，应当按一个最佳的胶粉比例进行掺配。对于 经ＲＴＦＯＴ老化后的沥青，如图３．１３，相位角６随胶粉掺量的增加而减小，但掺量为２１％ 和２４％的两种类型的相位角在各个试验温度下都比较接近，可以认为相当，因此，经综 合比较，本文认为，对于基质沥青为Ｓｈｅｌｌ６０／７０的橡胶沥青，当胶粉掺量为２１％时，弹 性成分所占的比例最大． 对于橡胶沥青类型ＩＩ，其原样状态时的相位角５与胶粉含量同为１８％的类型Ｉ比较 接近，只是当温度较高时（＞８２０ｃ）６增大较快。对于经ＲＴＦＯＴ老化后的试样，其相位 角６要大于所有类型Ｉ的相位角，说明其老化之后的弹性成分所占比例减小，抗高温能 力下降幅度较大．

温度（。Ｃ） 图３．１２未老化沥青的相位角６随温度变化的曲线 Ｆ嘻３．１２
Ｐｈａｓｅ Ａｎｇｌｅ ５ Ｖｅｆ％ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｏｆｏｄｇｉｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ

ＲｕｂｌＭ

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温度（。Ｃ）
图３，１３
Ｆｉ９３．１３

ＲＴＦＯＴ老化后沥青相位角５随温度变化的曲线
Ｐｈａｓｅ Ａａｇｌｃ ６

Ｖｅｒ辨ｔｅＩｎｐｃ啊ｎ雠ａｆｔｅｒ

ＲＴＦＯＴ

（３）车辙因子Ｇ’／ｓｉｎ６的变化规律 前面分析了各种试验所用沥青的储能模量Ｇ’及相位角６受温度变化，胶粉含量，老 化条件，基质沥青种类等因素影响的规律。为综合分析复数剪切模量Ｇ’和相位角的影 响，对沥青的高温抗变形能力做出总体评价。这里将主要根据车辙因子Ｇ‘／ｓｉｎ６进行分 析。图３．１４和图３．１５分别描述了各种橡胶沥青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０在原样状态及经ＲＴＦＯＴ 老化后的车辙因子Ｇ．／ｓｉｎ５髓温度变化的规律曲线。从图中得知，对于各类试样，老化 前和ＲＴＦＯＴ老化后的车辙因子均随试验温度的升高而下降，即抗车辙能力降低。随着 胶粉含量的增加，Ｇ’／ｓｉｎ８大体上呈下降趋势，只是２１％原样橡胶沥青在６４０Ｃ以上时的 Ｇ’／ｓｉｎ５高于其它种类的沥青．由前面的分析可以知道，这是２１％原样橡胶沥青在这一 温度区间内储能模量Ｇ’较大且相位角６较小的结果。 到目前为止，根据试验数据结果和图３．１４，图３．１５，可以对六种试验沥青的抗高温 车辙性能作出以下捧序： 原样沥青：２１％类型Ｉ＞２４％类型Ｉ＞１８％类型Ｉ＞１８％类型ＩＩ＞１５％类型Ｉ＞Ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＲＴＦＯＴ残留沥青：２４％类型Ｉ＞２１％类型ｌ＞１８％类型Ｉ＞１８％类型１１＞１５％类型Ｉ
＞Ｓｈｅｌｌ６０／７０

由此也可以看到，在胶粉掺量一定（１８％）的情况下，以ｓｈｅ¨６０／７０为基质沥青的 橡胶沥青的高温抗永久变形能力要好于由国产７０号沥青生产的类型。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

＇∞

∞
皇

。晶
量

ｏ

温度（。Ｃ）
图３，１４未老化沥青的车辙因子Ｇ＊／ｓｉｎ ６随温度变化的曲线 Ｆｉｇ．３．１４
Ｇ＋／ｓｔａｒＶｅｒｓｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔｏｆｏｒｉｇｉｎａｌ ｓａｍｐｌｅｓ

∞
．ｇ

迎
●

ｏ

温度（。Ｃ）
图３，１５

ＲＴＦＯＴ老化后沥青Ｇ‘／ｓｉｎ ６随温度变化的曲线
Ｇ＊／ｓｉｎ６ ｖｅｒ＂∞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｆｔｅｆ ＲＴＦＯＴ

Ｆｉｇ．３．１５

—－４０—?

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（４）橡胶沥青的性能分级 从前面的分析可以看到，废轮胎胶粉的加入使得沥青的弹性性能，高温抗车辙能力 都得到了很大程度的改善，为了定性地描述橡胶沥青高温性能的改善程度，本文引入性 能分级用以表达沥青材料的在高温条件－卜－的使用性能。 长期以来，沥青针入度分级标准和粘度分级标准在生产实践中，己逐渐暴露出缺陷 与不足。首先．这两种分级体系均属于经验性标准，各关键指标与沥青的实际使用性能 有一定的相关性，但并不能真正反映沥青的路用性能，第二是沥青标准指标的试验方法 中，没有真正反映低温性能的指标，不能评价沥青抵抗低温开裂的性能，也没能反映沥 青在路面使用过程中的长期老化等情况。第三是无法评价改性沥青。 ＳＨＲＰ的研究成果Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ提出了按照路用性能分级（ＰＧ分级）的沥青结合科规 范。ＰＧ分级直接采用设计使用温度表示沥青的使用范围，设计最高温度为７天最高平均

路面温度，设计最低温度为年极端最低温度。它采用３种样品：①原样沥青；②ＲＴＦＯＴ
后的残留沥青：③ＲＴＦＯＴ后又经ＰＡＶ老化的残留沥青。评价各种路用性能指标，包括 高温时抗永久变形的能力、低温时抵抗路面开裂的能力、抗疲劳破坏的能力、抗老化能 力、施工安全性等。在ＡＡＳＨＴＯＲ２９１５６］中，按照沥青的路用性能，共划分了七个等级， 即ＰＧ４６－ＰＧ８２，每一等级又分为几个亚级，亚级为２到一４６。Ｃ，每６０ｃ一档。因此实际 上在ＳＨＲＰ中。１１３等级规范为３７种等级。以ＰＧＸＸ．ＹＹ表示，如ＰＧ７６．２２表示该等级 的沥青适用于最高路面设计温度不超过７６。Ｃ，最低路面设计温度不低于－２２０Ｃ的地区。 根据已经测得的ＤＳＲ试验结果，可以对基质沥青Ｓｈｅｌｌ６０／７０及试验的各种橡胶沥青 进行／（３高温等级划分，其结果如表所示。由表３．１３可知，Ｓｈｅｌｌ６０／７０的高温ＰＧ等级 为７０，而加入胶粉之后，沥青的高温ＰＧ等级达到８８，即提高了３个等级，并且已经超 出了ＳＦＩＡＲ规定的ＰＧ等级的上限（９２）。由此也可以看到，橡胶沥青的适用范围要远 大于基质沥青．同时，橡胶沥青类型ＩＩ的高温ＰＧ等级也达到了８８。

表３．１３不同胶粉含量橡胶沥青ＰＧ等级划分
Ｔａｂ３．１３ Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｘａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｒａｄｅ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆＡｓｐｈａＪｔ Ｒｕｂｂｅｒ

废轮ＪＩｆｉ胶粉改性沥青材料的路用性能研究

（５）橡胶沥青的抗疲劳性能分析 根据表３．１０和表３．１２中的数据，将各种橡胶沥青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０经ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ 老化之后试样的Ｇ’＊ｓｉｎ６随温度变化的曲线绘制于图３．１６。 由图可见，对于各种试验沥青试样Ｇ’＊ｓｉｎ８随着温度的升高而逐渐降低，说明温度 越高，材料的抗疲劳性能越好，符合沥青材料抗疲劳特性的基本规律。胶粉改性沥青的 Ｇ、ｓｉｎ５值远低于基质沥青，即胶粉的加入使沥青的抗疲劳性得到很大改善，对于类型Ｉ 橡胶沥青，胶耢含量越高，Ｇ’＊ｓｉｎ５越小，即抗疲劳性越好。其中２１％和２４％橡胶沥青 的Ｇ、ｓｉｎ６值相差很小，即胶粉含量为２１％或２４％时，材料的抗疲劳性能比较接近。 此外可以看到，经ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ老化之后的橡胶沥青类型ＩＩ在的Ｇ’＊ｓｉｎ５值要高 于所有类型Ｉ橡胶沥青，这说明长期老化后。由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制备的橡胶沥青类型ｌ比由 国产７０号制备的类型ＩＩ具有更好的抗疲劳性能。

ｔ，Ｏ

。鸟
∞

‘’

温度（ｏｃ）
图３．１６ ＲＴＦＯＴ与ＰＡＶ老化后沥青Ｇ＊＊ｓｍ ６随温度变化的曲线
Ｇ。／ｓｉｎ６

Ｆ嘻３．１６

ｖａ∞ｔｅＩｎｐｅｒ姐啪栅ＲＴＦＯＴ

ａｎｄ ＰＡＶ

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４橡胶沥青混合料的性能测试和分析
４．１
４．１．１

混合料的设计和试验室制备
混合料类型和原料选择

为了探讨废胶粉改性沥青对路面混合料使用性能的改善，以及不同类型混合料对各 使用性能的影响，本章针对沥青混合料的性能加以试验研究。本文采用四种沥青混合料 进行平行对比试验，这四种混合料类型分别为两种间断级配橡胶沥青混合料，分别记为
Ｇａｐ Ｉ，Ｇａｐ

ＩＩ，一种开级配橡胶沥青混合料，记为ＯＧＦＣ，一种沥青马蹄脂碎石混合料。记

为ＳＭＡ，这四种类型的混合料采用的级配，胶结料种类及其它设计指标如表４．１所示。 四种沥青混合料的级配曲线如图４．１所示。筛孔标准满足英国规范ＢＳ ８１２—１０３的要求。

混合料所用粗集料（粒径≥Ｇｒａｍ）为香港产火山凝灰岩。细集料（粒径＜５ｍ）为５０％的
火山凝灰岩与５０％花岗岩的混合矿料，试验所用矿料各粒径视密度试验结果如表４．２所 示。ＳＭＡ所用的纤维是由德国ＪＲＳ公司生产的ＡＲＢＯＣＥＬ天然木质素纤维。 橡胶颗粒沥青混合料的物理力学性能对于混合料级配具有明显的选择性，本试验中 并没有选用密级配类型混合料，主要就是因为对于橡胶沥青混合料，结合料弹性较大， 密级配混合料不易压密，可能导致体积不稳定并发生松散剥脱、同时容易产生永久变形。 而间断级配的混合料由于去除了连续级配中某一级或某几级的粒料，可以使租集料紧密 地嵌挤，而根据细集料的填充情况，可以形成骨架空隙结构或骨架密实结构，为橡胶颗 粒提供了足够的变形空间，促进了混合料稳定结构的形成。从国外一些室内外试验结果 来看［５７－５８】，间断级配的使用效果相对较好。美国亚利桑那，加利福尼亚。德克萨斯等州 关于橡胶沥青混合料的生产规范中，明确规定了橡胶沥青仅限于使用在间断级配和开级 配混合料中． 在本文中，间断级配混合料及ＳＭＡ的设计由专门人士完成。其中橡胶沥青混合料 Ｇａｐｌ的级配设计主要参考香港ＳＭＡ设计规范ＧＮ０３０ｔ”ｌ和美国加剥福尼亚州橡胶沥青使 用指南”Ｊ；Ｇａｐ ＩＩ的设计参照美国亚利桑那州的橡胶沥青间断级配混合料设计规范以及 江苏省交科院的设计施工指南；ＳＭＡ依照香港ＳＭＡ设计规范ＧＮ０３０中最大公称直径 为２０ｍ的ＳＭＡ设计方法完成。混合料的最佳油石比均采用马歇尔试验确定。在本文中 主要对ＯＧＦＣ的设计加以详细阐述。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

表４．１
Ｔａｂ．４．１

四种混合料设计

Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓ

窖 Ｖ

＊ 捌 赠

图４．１
Ｆｉｇ．４．Ｉ

四种混合料的级配曲线
ｃｕｒｖｅｓ

Ｇｒａｄａｔｉｏｎ

ｏｆｆｏｕｒｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓ

—－４４—－

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表４．２集料与矿粉密度试验结果
Ｔａｂ．４．２ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｒａｖｉｔｙ ｏｆ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ

４．１．２开级配橡胶沥青混合料的介绍和设计 为了保证车辆在高速行驶时路面具有良好的抗滑性能，特别是在雨天路面摩阻力不 致过分降低，确保行车安全，美国研究开发了开级配抗滑磨耗层（Ｏｐｅｎ－Ｇｒａｄｅｄ
Ｆｒｉｃｔｉｏｎ．

Ｃｏｕｒｓｅ，简称ＯＧＦＣ），也称多孔沥性青路面或排水型沥青路面。ＯＧＦＣ空隙率通常大 于１８％左右，具有良好的排水、抗滑和降噪的性能，具有较高的高温稳定性。 国内近几年对多孔性沥青路面进行了一些研究，也铺筑了试验路段，但基本上尚处 于初始阶段，主要是人们对于这种路面的设计方法和特性人们尚不甚了解，且对这种路 面的耐久性持怀疑态度，因而至今未能在高等级道路中实际应用，与世界许多发达国家 相比有一定的差距。 由于各国道路条件和环境条件的不同，所以在制备多孔性沥青混合料时采用的具体 方法都有很多差别。同时由于多孔性沥青路面与普通沥青路面相比较，在技术上有其难 点和复杂性，因此在关键技术上有些国家也是秘而不宣。纵观世界各国对研究和实际应 用的经验，ＯＧＦＣ设计的技术关键在于以下三个方面： （１）保证混合料的高空隙率 路面的卒隙率越大，捧水性能越好，抗滑、降噪的效果也随之提高，因此保证混合 料的高孔隙性是必要的。根据理论研究和实际使用经验，这种路面的使用过程中的空隙

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

率必须人于１５％，而考虑到空隙可能被尘埃所堵塞，混合料的初始空隙率应达到２０％， 甚至更人。 （２）保证混合料足够的抗松散能力 ＯＧＦＣ为透水而要求路面空隙率较人，这与普通沥青路面要求防止渗水以求得持久 的使用寿命正好相反。路面的透水和水长期滞留在路面内部．都会造成对路面的严重侵 蚀，这就容易导致路面剥落，进而使路面出现松散。因此，多孔性沥青混合料必须具备 足够的水稳性，这在混合料设计时应予足够的重视。美国，德国等一些国家的研究表明， 为提高混合料的水稳定性，采用石灰粉替代部分矿粉是一种很好的措施，此外还可以考 虑添加抗剥落剂等方法。 （３）保证混合料具有一定的力学强度 多孔性沥青混合料主要由粗集料组成，细集料少，粗颗粒之间是点接触，不能形成 紧密的嵌锁，混合料的强度主要依靠结合料的粘结形成，因而大为降低。且空隙率越大， 强度越低。然而。多孔性路面只有具备一定强度才能承受高速行车的作用。因此在ＯＧＦＣ 的设计中，应采用性能突出的沥青结合料，如按Ｉ＇Ｇ分级的沥青，使用在ＯＧＦＣ中宜采 用比常规沥青混凝土提高出２个等级的型号【…。 由上一章的研究可以知道，废轮胎胶粉改性沥青的粘度较大，其高温性能较好，可确 保开级配混合料的耐久性，而且有研究表明，应用废轮胎胶粉改性沥青，能有效提高混合 料的抗松散性【２６ｌ。橡胶沥青应用于开级配混合料（ＯＧＦＣ）已经在很多国家和地区取得 了成功，表现出了良好的路用性能，并在某些地区已投入生产和使用。美国亚利桑那州 交通局于１９８８年即开始了橡胶沥青用于多孔沥青路面的研究，称这种新型路用混合料 为ＡＲ－ＡＣＦＣ，并在当年将其用于铺筑南Ｔｕｃｓｏｎ处Ｉｎｔｅｒｓｔａｔｅ １９号公路段的抗磨耗层， 层厚２５ｒａｍ，铺于普通水泥路面之上，橡胶沥青用量为１０％。白铺成之日起，抗磨耗层 都未曾有裂缝出现，直到１９９６年，才在路面接缝处观察到少许横向裂缝。到１９９９年， 经过了１２年的连续使用，该路段从未接受过任何维修和养护措施，使用性能依然良好。 这使得ＡＲ－ＡＣＦＣ广受研究人员关注，也促进了橡胶沥青在开级配混合料中的应用，为 后来更多的典范工程奠定了理论和实践的基础［６２Ｊ。如今，在亚利桑那，ＡＲ－ＡＣＦＣ已经 广泛用于铺筑各种刚性及柔性路面的抗磨耗层，并有相应的规范对ＡＲ．ＡＣＦＣ的设计、 生产、施工进行指导，而从中发展出来设计理念和方法也正在指导其它国家和地区关于 橡胶沥青混合料的研究，成为世界上将橡胶沥青用于开级配混合料最为成功的地区之

一。此外，美国的加利福尼亚㈣，得克萨斯１６剐等州也相继取得了橡胶沥青用于开级配磨
耗层的成功，并制定了设计规范。表４．３列举了美国一些地区关于废胶粉改性沥青用于 ＯＧＦＣ的设计要求，其中包括集料级配，橡胶沥青含量以及填料的要求。从表中可以发

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现，橡胶沥青的粘度较人，要求的含量普遍较高。亚利桑那州还有关于石灰粉掺入量的 要求，主要是为提高混合料的抗松散能力。香港地区也有关于开级配磨耗层的设计规范， 如表４．４所示。
表４．３一些地区橡胶沥青ＯＧＦＣ的设计要求
Ｔａｂ．４．３ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ＯＧＦＣ ｉｎ ｓｏｍｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ

表４．４香港地区ＯＧＦＣ的规范设计要求
Ｔａｂ．４．４ Ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ＯＧＦＣ ｉｎ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ

筛孔尺寸ｃ舳，』型笔蠢＃竺

石灰粉用量
兰ｌ?５ ２ｌ?５

（占集料质量的百分比）

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

续表４．４

因我国国内和香港地区都没有关于废胶粉改性沥青开级配混合料的规范，因而本文 在ＯＧＦＣ的设计中，主要参考了香港普通沥青ＯＧＦＣ的设计要求，并结合亚利桑那 ＡＲ－ＡＣＦＣ设计规范，加州橡胶沥青应用指南以及ＡＳＴＭ中关于ＯＧＦＣ的设计方法。选 择的级配曲线如图４．２所示，其中级配上下限为香港的规范要求，另外也能够满足加州 橡胶沥青ＯＧＦＣ的集料级配要求。另外，为提高混合料的水稳定性，加入占总集料质量 １％的消石灰粉。

术
Ｖ

静
魍

赠

筛孔尺寸（ｍｍ）
图４．２

ＯＧＦＣ的集料级配曲线

根据表４．３所列举的规范要求以及其它文献资料１６４－６５１，可以看到最典型的橡胶沥青 含量被认为是占混合料总质量的９％。因此本拟采用９０４的橡胶沥青含量，并以析漏试验 确定沥青的最大使用量以检验混合料有无多余的沥青，析出沥青的质量不应超过混合料 总质量的０．３％。 析漏试验选择橡胶沥青含量范围为从８．ｏ％到１０．５％，每隔Ｏ．５％取一试样，共六种 含量。试验方法采用英国规范ＢＳｌ２６９７．１８脚】中的篮网法，即将刚刚拌好的混合料盛于 规定尺寸（１００Ｘ
１００Ｘ

１００ｒａｍ）的方形圆孔网篮内，再把篮网放到以铝箔包裹的托盘中

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（托盘的初重已称量），并一同放入烘箱，在混合料拌制温度以上１５。ｃ的温度（本文 中为１８５。Ｃ）Ｉ－持续加热３小时，取山称量托盘质量，托盘加热前后的质量差即为结合 料析出的质量。试验的数据结果如表４，５所示，沥青含量与析漏损失所对应的曲线关系 如图４．３所示。从图中可以看到，在所选取的含量范围内，沥青的析漏损失均低于０．３％， 即没有多余沥青析出，因此可以认为本文所拟定的橡胶沥青含量９％属于合理区间之内， 能够采用。
表４，５ ０６ＦＣ析漏试验测试结果

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沥青含量（％）

图４．３
Ｆｉｇ，４．３

ＯＧＦＣ析漏试验测试曲线
ｃｕｒｖｅ

Ｄｒａｉｎｄｏｗｎ ｔｅｓｔｉｎｇ

ｏｆＯＧＦＣ

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４．１．３混合料的试验室拌制 橡胶沥青混合料的拌和方法与设备同普通沥青混合料相同，可参见ＭＳ一２［６７］中规定 的做法，本节主要针对混合料的拌和发成型温度加以探讨。 对于普通沥青混合料，其压实温度可由沥青的粘温曲线来确定，即相应于沥青粘度 为Ｏ．１７士Ｏ．０２Ｐａ－ｓ及Ｏ．２８－＋０．０３Ｐａ?ｓ时的温度分别为适宜的拌和与压实温度。Ｐａｌｉｔｌ２９１通过 这种方法确定橡胶沥青混合料的拌和与成型温度发现得到的温度值已经超过了２１００Ｃ， 在此温度下，橡胶沥青材料会产生严重的热分离与氧化，因而不可采用。本文参考江苏 交科院【删的做法以及国外的一些技术标准，拟定橡胶沥青混合料的成型温度如表４．６所 示。
表４．６橡胶沥青混合科室内拌和与压实温度
Ｔａｂ．４．６ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆｌａｂｏｍｔｏｒｙ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆＡｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

ｍｉｘＩｕｍ

项目 矿料加热温度 沥青加热温度 混合科拌和温度 试模预热温度 试件压实温度 试件成型终了温度

温度要求
１８００Ｃ＝ｌ＝３０ｃ １７００ｃ±３０Ｃ １７０。Ｃ±３０ｃ １７００Ｃ±３０ｃ
１６００Ｃ±３。Ｃ

不低于１４５℃

对于ＳＭＡ，采用的胶结料为基质沥青Ｓｈｅｌｌ６０／７０，搅拌温度及压实温度并没有特殊 要求，因此各阶段采用的温度与普通沥青混合料相同，如表４．７所示．
袭４．７ ＳＩＩＡ室内拌和与压实温度
Ｔａｂ．４．７ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｌａｂｏｒａｔｏｒｙｍｉｘｉｎｇ ａｎｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆＳＭＡ

项目

温度要求 １７３℃
１６３。Ｃ １６３０Ｃ

矿料加热温度 沥青加热温度 混合料拌和温度 试模预热温度 试件压实温度 试件成型终了温度

１６３０ｃ １５３０ｃ 不低于１３５０ｃ

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４．２混合料的性能测试和分析
４．２．１

混合料的劲度模量测试和分析

由于本节和４．２．４中混合料长期老化试验中均涉及到混合料的劲度模量测试，因此 首先对沥青混合料的劲度模量加以介绍。沥青结合料是典型的粘弹性材料，由一定级配 和适量沥青拌和而成的沥青混合料，虽然所含的沥青仅占百分之几，但是沥青混合料的 粘弹性性质受沥青的影响。它与沥青材料的变形特性一样，沥青混合料在外力作用下的 变形不仅与荷载的大小、荷载的作用有关。而且受温度的影响极大，表现为粘弹性性质。 范?德?波尔引入劲度的概念来描述沥青混合料的力学性质：

删２南
简称为劲度；

“。）

式中双‘ｎ一荷载作用时间ｔ和温度ｒ条件下沥青混合料的模量，称之为劲度模量，
旷—前载应力；
“‘ｎ——沥青混合料在荷载作用时间ｔ，温度ｒ时的应变。 劲度的表达式在形式上与弹性虎克定律一样，即应力与应变的比值，但它表示的是 在特定的温度和时间条件的应力与应交的关系，它说明了材料弹性形变对永久形变的比 例，是表现粘性和弹性联合效应的指标，因而劲度模量的概念得到了普遍的认可。研究 表明沥青混合料劲度模量的大小主要受到温度，荷载作用时间，荷载大小与方向，荷载一 状态以及沥青混合料的组成的影响。沥青混合料的劲度模量可以采用不同的方法进行测 试，测试时所施加的荷载可以是静态荷载也可以是动态荷载，这主要取决于研究对象所 处的状态以及所具备的测试条件。由不同的实验方法所测得的劲度模量也有所不同。在 实际工程中，常用的劲度模量有：蠕变模量、抗压回弹模量、拉伸模量、弯拉模量等； 而在沥青混合料研究中，除上述几种模量外，还有如松弛模量、有效模量、复数模量等。 在本文中，采用间接拉伸仪测试混合料的劲度模量，这种方法测得的模量只反映材 料的弹性变形和弹性滞后变形，而排除了材料的塑性和粘性变形，这样在某种程度上可 以认为路面材料是一种弹性体，也就可以用弹性理论求解路面结构的应力与应变，现行 的沥青路面设计即是以弹性层状体系为基础的。 根据规范ＢＳｌ２６９７１６ｓｌ，试验的试件为０１５ｃｍＸ ６ｃｍ圆柱体试件，由ＳｕｐｅｒＰａｖｅ中所 提出的旋转压实仪（Ｇ１Ｍ）通过控制试件的高度（６ｃｍ）制作而成，压实筒的直径选择 为１５ｃｍ。为了有效地模拟场地沥青混合料的压实过程，使室内试件的力学性能和耐久性 能评价结果能够较为准确地表示实际材料的路用性能，把４种沥青混合科经短期老化后

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（在的１３５０Ｃ烘箱连续放置４ ｈ）后再压实成型。对于橡胶沥青试件，试件制成之后会发 生较人的体积膨胀，在某种程度上影响了试件的空隙率，因而不提议ＳＨＲＰ规范中即刻 脱模的做法，而选择在试件压实１到２小时后才进行脱模。图４．４表示的是Ｇａｐｌ和ＯＧＦＣ 两种混合料的圆柱形试件，从两种试件得外观来看，ＯＧＦＣ的空隙明显较多。

图４．４
Ｆｉｇ．４．４

Ｃａｐｌ和ＯＧＦＣ的圆柱体试验试件

Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｏｆＧａｐ Ｉ ａｎｄ ＯＧＦＣ

在测试之前，对试验仪器和软件进行测试调整，将试件置于测试温度下养生４个小 时。试验的加载、卸载过程均由计算机控制完成，通过竖直方向的压力杆对试件施以一 脉冲荷载，荷载大小从０逐渐增大，并由水平方向的位移传感器测得试件水平变形值的 大小，为保证试件不发生结构性破坏，以水平变形值达到试件直径的０．００５％时的荷载 值作为荷载最大值，当荷载加至最大值后立即卸载，再次读取变形值。加载变形减去卸

载后的变形即为水平变形幅值所。混合料的劲度模量研由下式计算而得到：

品掣

（４．２）

式中，———试验荷载的最大值，Ｎ：

口一泊松比，在本文中设／Ｊ－－０．３５；
扣—试件高度，ｍ：
研——试件的水平变形幅值，珊。 沿试件某一方向加载测试完毕后，将其旋转９００，即在垂直方向上再次加载读数， 两次劲度模量值测量值的误差应在１０％以内。 根据香港地区的环境温度，即年平均气温２２．８ ｏｃ，受海洋的调节作用，最冷的１月 份平均气温为１５．６。Ｃ，，最热的７月份平均气温为２８．６。ｃ，本文选择的测试温度为２０ ｏｃ

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和３０ ｏＣ，分别测量这两种温度－卜各种混合料的间接拉伸劲度模量，每种类型的１混合料

取３个试件。特别需要强调的是，试验过程中的温度必须保持在指定温度的上卜，０．５ ｏＣ 范围内，否则会对试验结果带来很人影响。 混合料在２００Ｃ和３００ｃ，卜的劲度模量测试结果分别列于表４．８和表４．９中，图４．４ 对比了各种类型混合料在两种测试温度下的劲度模量。由图及表中的数据可见，对于所 有类型的沥青混合料，３０ ｏｃ时的劲度模量较２０ ｏｃ时有很大降低，只相当于２０。Ｃ劲度 模量的１／３左右。Ｇａｐ １１在两种测试温度下均保持最大的劲度模量，其在２００ｃ和３０。ｃ 时的劲度模量分别为同等温度下ＳＭＡ劲度模量的１．２ｌ倍和１．５０倍，说明ＧａｐＩＩ在环境 温度下具有最好的弹性恢复性能。Ｇａｐｌ在２００ｃ下的劲度模量和ＳＭＡ相当，但温度为 ３０ａｃ时，增加为ＳＭＡ的１．３３倍。这说明对于同种级配类型（ＳＭＡ采用的也是间断级 配）的混合料，橡胶沥青的使用更有助于提高混合料的劲度模量。但同时也可以看到， ＯＧＦＣ的劲度模量在任何温度下都远低于其它类型的混合料，在２００ｃ和３００ｃ时的劲度 模量仅为同等温度下ＳＭＡ劲度模量的４２％和５５％。通过前面的析漏试验可知，混合科 中并没有过多的自由沥青，基本可以排除劲度过低是由于自由沥青所造成的，因此本文 认为开级配沥青混合料的空隙率过大是导致其劲度降低的根本原因。其他学者的类似研 究也表明了开级配混合料劲度模量较低的这一特点，如倪富建等１６９１对ＴＰＳ改性剂的开 级配混合料１５ ｏｃ时的劲度模量进行了测试．发现其劲度模量仅相当于同等条件下密级 配混合料的１／３左右，
表４．８
Ｔａｂ．４．８

２０＂Ｃ劲度模量测试结果

Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆＩｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ砒２０。Ｃ

Ｇａｐｌｌ

ｌ ２

２２０６ ２７２８

２４４２ ２６２７

２３２４ ２６７８ ２６３１

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表４．９
Ｔａｂ．４．９

３０。Ｃ劲度模量测试结果

Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆＩｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｄｕｓ ａｔ ３０。Ｃ

?－５４—－

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图４．４
Ｆｉｇ．４．４

四种混合科劲度模量的比较

Ｃｏｍｖ砒ｏｎ

ｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆｔ．ｈｅ Ｆｏｕｒ Ｔｙｐｅｓ

ｏｆＭｉｘ啪

４．２．２混合料的高温性能测试和评价 沥青混合料的高温稳定性能是指混合料在夏季高温条件下。受交通荷载的反复作用， 不产生车辙、推移、拥包、泛油等病害的性能。道路使用的实践表明，在通常的汽车荷 载条件下，永久性变形主要是在夏季气温高于２５＂Ｃ－３０℃左右，即沥青路面的路表温度 达到６０＂Ｃ左右，已经达到或超过道路沥青的软化点温度的情况下容易产生，且变形随着 温度升高和荷载加大而增大。高速公路的车辙是沥青路面的最有危害的破坏形式之一， 是由于交通的渠化，在轮迹带逐渐形成变形下凹、两侧鼓起而产生的。车辙的产生导致 路面平整度下降，降低路面的使用性能，危及行车安全，从而缩短沥青路面的使用寿命。 香港地处亚热带，平均气温较高，７月份平均气温为２８．６＂Ｃ，路袁最高温度能够达 到６０℃，车辆荷载的反复作用容易导致车辙等永久变形的产生，因此为检验橡胶沥青作 为该地区路面材料的适用性，需对混合料的高温稳定性进行测试。 本文利用轮辙试验仪（ⅥＴｒ）来评价沥青混合料的高温稳定性，是一种模拟车轮荷 载在路面上行驶而形成车辙的工程试验方法，其结果与实际沥青路面的车辙之间有良好 的相关性。在试验中，每砷混合料各成型三块车辙扳，尺寸为３０ｃｍ×３０ｃｍＸ ５ｃｍ的试 件，重约１０ｋｇ，由专用的轮辙成型机成型。使用的轮辙试验机由英国道路研究所（ＴＲＲＬ）

开发，试验轮直径为２００哪，轮宽５０ｍ，实心橡胶轮厚１３ｎＭｎ，橡胶轮在混合料试件上行
走的距离为（２３０±５）姗，行走速度为４２±０．１次／分钟。试验温度为６０＂Ｃ，试验步骤 按照Ｂｓ ５９８－１１０进行。在轮辙试验开始前，将试件在６０℃养生４个小时以上，试验持

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续４５分钟，或者当试件车辙深度达到１５ｍ时仪器即停｜Ｉｒ运行。计算机自动读耿并记录 每一分钟的车辙深度，轮辙试验结果得到轮辙变形随时问变化的曲线。由于轮辙试验开 始时机械装置有一调整过程，会有虚假变形产生，敌一般不以试件的总变形来评价，抛合 料的抗车辙性能，因本文参考英国规范，此指标为车辙率，以变形趋于稳定的后１５分 钟的轮辙变形曲线的斜率讣算而来，用来表示混合料的抗永久变形能力。车辙率％的 计算公式如下：

品＝３．６｛ｒ４ｊ一‰｝＋１．２｛‰一ｒ３５｝

（４．３）

式中，Ｈ一第ｎ分钟所测得的车辙深度，如／＇４ｊ表示第４５分钟的车辙深度读数。
在国内及其它一些规范中则要求根据变形趋于稳定的４５ｍｉｎ到６０ｒａｉｎ这～段时间的 轮辙算混合料动稳定度，以此评价抗车辙能力，动稳定度的计算如下：

Ｄ８：丝型×ｃｌ×Ｃ
‘

如一４

‘

（４．４）

式中，必一沥青混合料的动稳定度，次／衄；
ｄｒ一对应于时间ｔ／的变形量，珊；
Ｃ广—试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为ｌ－０，链驱动试
验轮的等速方式为Ｉ．５；

西一对应于时间ｂ的变形量。咖；

ｃ厂—试件系数，试验室制备的宽３００ｍ的试件为１．０，从路面切割的宽１５０ｍｍ的
试件为０．８： 舻——试验轮往返碾压速度，通常为４２次／ｍｉｎ。 因动稳定度为国内所通用的衡量混合料抗车辙性能的指标，本文也根据试验数据计 算各种混合料的动稳定度作以参照。本试验在４５分钟时自动停止，缺少４５分钟到６０ 分钟这一段时间的数据，因此选取３０到４５分钟的车辙深度进行计算，即ｔＪｒ＝４５ｍｉｎ。 ｔｒ＝６０ｍｉｎ，另外根据试验仪器和试件，本文取ｏ＝ｌ，５，（７２＝１．０。 车辙试验的数据结果如表４．１０所示，图４．５和图４．６分别比较了这几种混合料车辙 率和动稳定度的大小。以车辙率评价混合料高温性能时，车辙率越低，表明混合料抵抗 车辙变形的能力越强，即高温稳定性越好，而以动稳定度评价时则刚好相反。即动稳定 度越大，抗永久变形性能越好。 由图可以很清楚地看到Ｇａｐ ｌ与Ｇａｐ Ｉｉ两种橡胶沥青间断级配混合料的车辙率较低， 数值相对接近，体现出了良好的抗车辙性能，ＯＧＦＣ的车辙率介于前两种混合料和ＳＭＡ 之间。四种沥青混合料按车辙率评价的高温稳定性大小依次为：Ｇａｐ Ｉ）Ｇａｐ １Ｉ）ＯＧＦＣ）

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ＳＭＡ，

且前ｉ种橡胶沥青混合料的车辙率分别仅为ＳＭＡ车辙率的１６％，５３％和２２％。

混合料的动稳定度因为数值间相差较人，仅将６０００次，ｍｍ以内的部分绘于图中，但也 不难发现，以动稳定度评价混合料高温性能的结果与按车辙率的评价相同，其中两种橡 胶沥青开级配混合料的动稳定度达到ＳＭＡ的２倍以上，而ＯＧＦＣ的动稳定度也较ＳＭＡ 高出５０％。高温稳定性的分析结果表明： 混合料的高温稳定性要好于开级配混合科； （１）对于使用橡胶沥青的混合料，间断级配 （２）橡胶沥青混合料的抗高温变形性能要

好干使用普通沥青的ｓＭＡ；（３）对于同种级配类型（间断级配）的橡胶沥青混合科来 说，橡胶沥青的类型对混合料的高温性能有所影响，从试验结果可以看到，使用橡胶沥 青类型Ｉ，混合料的高温稳定性较好．

表４．１０车辙测试结果

！！！：！：！！曼箜！鳖！！！！塑！堕！！！墅监

…类塑…号（一ｍｍ／ｈｒ）嚣警誓黼。荔０：／鬈ｍｍ）

废轮胎胶粉改性沥青材孝｜的路用性能研究

图４．５四种混合料的高温车辙率比较
Ｆｉｇ．４．５ Ｒｕｔｔｉｎｇ Ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆｔｈｅ

图４．６四种混合料的动稳定度比较
Ｆｉｇ，４．６ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆｔｈｅ ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅ

ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅ

４．２．３混合料的水稳定性测试和评价 水损害是沥青路面早期损坏的一种主要模式。水损害是沥青路面在水或冻融循环的 作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空 负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐 渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散。继而形成沥 青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。香港地区降水量较大，全年平均降水量为２２４６．４ 毫米，特别是６月份的平均降水量可达到４５７．５毫米，路面受水损害的影响较大，因此 有必要对混合料的水稳定性进行测试。 除了车辆荷载及水分供给条件等外在因素以外，沥青混合料的抗水损害能力是决定 路面的水稳定性的根本性因素。它主要取决于矿科的性质、沥青与矿料之问相互作用的 性质，以及沥青混合料的空隙率、沥青膜的厚度等。 沥青混合料水稳定性的评定方法，通常分两个阶段进行，第一阶段是评价沥青与矿 料的粘附性；第二阶段是评价沥青混合料的水稳定性。根据沈金安ｆ７Ｉ】的提法，这两个阶

段是不可分割的，不应该分开来看。
本文首先采用水煮法检验集料与沥青的粘附性。选用的结合料为１８％橡胶沥青类型 Ｉ，类型ＩＩ和基质沥青Ｓｈｅｌｌ６０／７０，采用的集料粒径为１０ｍ。将石料浸入到１７５℃的热 橡胶沥青中，浸润４５ｓ，对于基质沥青加热温度为１４０℃，使沥青膜充分裹覆在集料表 面。待集料冷却至室温后，将其投入到微沸的水中，浸煮１０ｍｉｎ后，取出集料，冷却至 室温后观察表面的沥青膜裹覆情况。试验结果如表４．１１所示，从中可以看到，这几种

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结合料的裹覆率都能达到９５％（以上），而橡胶沥青表现山更好的粘附性，裹覆率基本
可以达到９９％。

表４．１１水煮法测沥青粘附性的试验结果
Ｔａｂ．４．１ Ｉ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｂｙ ｂｏｉｌｉｎｇ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ

对于混合料水温定性的评价，本文采用ＡＡＳＨＴＯ Ｔ２８３抗水损害的试验方法，即冻 融劈裂法，我国所采用的冻融劈裂法也是参照此规范而来。试验的试件采用与劲度模量 测试相同的西１５ｃｍＸ６ｃｍ圆柱体试件。具体步骤如下： （１）对于每种沥青混合料，共取６个试件，平分成两组，其中一组用来做干燥条件试 验，另一组供冻融劈裂试验所用。 （２）按规定方法测定混合料的最大理论密度，测量试件的高度和等级体积相对密度， 计算试件的空隙率，空隙率须满足设计空隙率±１％的要求，不符要求的试件不能采用。 试件最大理论密度和空隙率的计算结果如表４．１２所示，可见试验试件的空隙率都达到 了规定的范围。

（３）将用来作为干燥条件试验的试件放在塑料袋中，在室温条件下存放，直至劈裂试
验前放入２５℃水浴中保温２小时。 另一组供冻融劈裂试验用的试件按以下步骤处理： （４）将试件放入真空容器中，向容器中注水至试件以上不小于２５哪，在５一ｌＯ分钟内 使绝对压力达到１３—６７ｋＰａ，再撒去真空，使试件浸在水中５一ｌＯ分钟后取出试件，并计 算饱水率，饱水率应满足７０％－８０％的范围要求。 （５）用塑料薄膜包套住试件，并向其中注入１０ｗＬ水，封住口后将塑料密封的试件放 入一１８±３１２的冰箱中冷冻１６小时以上。 （６）将试件移出冰箱后，立即放入６０：ｔ：１１２的水浴中２４－４－１小时，并在浸水时将塑料 薄膜除去。 （７）在浸泡２４小时后将试件移至２５±０．５＂Ｃ的水浴中．保持２４－＿１小时。 将两组试件经过水浴中保温２后，同时进行劈裂试验，测定劈裂抗拉强度，试验仪

器采用问接张拉测试仪，试验的压条宽度为１２．７ｍｍ，加载速率５０吼ｈｎｉｎ。劈裂抗拉强
度盛由以下公式计算得出：

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

Ｓ．：—２０００—ｘＰ
‘

万×ｆｘＤ

（４．５）

式中，卜最大荷载．Ｎ：
ｆ，Ｄ——试件的高度和直径，咖。
测得劈裂抗拉强度之后，通过干燥与冻融试件的破坏强度比ＴＳＲ评价混合科的水温 定性，ＴＳＲ的计算公式如下：
≈

ＴＳＲ＝｛｝ＭＯＯ
也ｌ

（４．６）

岛广—干燥条件试件的平均劈裂抗拉强度。ｋＰａ：

式中，瑙Ｒ一劈裂抗拉强度比，％：

Ｓ厂冻融条件试件的平均劈裂抗拉强度，ｋＰａ。

各组混合料试件的劈裂抗拉强度测试结果及破坏强度比的计算结果如表４．１３所示， 并将干燥与冻融混合料的平均劈裂抗拉强度对比绘于图４．７。

表４．１２混合料最大理论密度与空隙率测试结果

：！垫：！：！Ｚ：！塑塑堂鲢迪ｉ坐塑坠！唑！型旦塑盟趔丛ｙ！迪

………留留毛嚣度器霄
１ ６１．８ ６１．Ｉ
．

１５０．２ １５０．３
．

２．２５２ ２．２４０ ２．２５６ １．８４９

２．３６３ ２．３５４ ２．３６９ ２．３２３ ２ｔ３２４

４．７ ４．９ ４．８ ２０．４ ２０，９ ２０．７ ４７ ４．９ ４．８ ３．６ ３．７ ３．７

Ｇ印Ｉ

２

平均值
１

６１．Ｉ

１５０．７

平均值
Ｉ

一

．

１．８４４ ２．２７２ ２．２７４ ２．２７３ ２．３３３ ２．３２７ ２．３３０

２．３２４ Ｚ３８３ ２．３９１ ２．３８７ ２．４２１ ２．４１６ ２Ａ１８

６２～１
６１—
一

１５１．５ １５２．１
．

Ｇ印Ｉ

２

平均值
１ ＳＩＩＡ ２

６２．２ ６２－３
．

１５１．Ｉ １５１．２

平均值

—６０

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表４．１３混合料水稳定性测试结果
Ｔａｂ．４．１３ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ

堕婴里ｉ塾！堕：ｉ璺垒！！！堕堂婴旦臣 试件类型 编号
劈裂抗拉强度（ｋＰａ）

干燥条件

冻融条件

７珊’（％）

图４．７冻融试件与干燥试件劈裂抗拉强度比较
Ｆｉｇ．４．７ Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｋｍ

一６ｌ一

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

由图及表中的数据可以看到经过冻融之后，、混合料的劈裂抗拉强度有所降低，即抗 劈裂性能卜Ｉ降，因此ＴＳＲ越高的泄合料说明其冻融后抗劈裂能力卜．降越少，即水稳定性 越好。由计算的ＴＳＲ可以很清楚的看到，试验四种魁合料的水稳定性人小依次为；Ｇａｐ
Ｉｌ＞ＯＧＦＣ）Ｇａｐ Ｉ）ＳＭＡ，其中Ｇａｐ １１与ＯＧＦＣ的水稳定性较为接近，ＴＳＲ分别达到ＳＭＡ

的１．１７倍和１．１５倍，ＧａｐＩ的水稳定性略强于ＳＭＡ，ＴＳＲ的提高在１０％以内。从总体 来看，橡胶沥青混合料的水稳定性优于普通沥青混合料，特别是当橡胶沥青由国产７０ 号制备或混合料结构为开级配时。抗水损害性能有较为显著的提高。对于使用同一橡胶 沥青类型Ｉ的两种混合料Ｇａｐ Ｉ和ＯＧＦＣ，透水性结构ＯＧＦＣ体现出了其在抗水损害上 的优越性能，水稳定性要好于Ｇａｐ Ｉ。图４．７表示的是劈裂试验后Ｇａｐ １和ＯＧＦＣ，图４．８ 中上方的３个试件属于Ｇａｐ Ｉ，下面的３个试件属于ＯＧＦＣ。对比图４．４，从外观上来看
Ｃａｐ

Ｉ出现了明显的沥青老化与变性，而ＯＧＦＣ的外观则与试验前的试件并没有太大变

化，这也从另一方面体现出了ＯＧＦＣ良好的抗水损害能力。

图４．８劈裂试验后的Ｇａｐ Ｉ和０ＧＦＣ Ｆ嘻４．８
ｃ＿，ａｐ Ｉ ａｎｄ ＯＧＦＣ ａｆｔｅｒ Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｌｌｇｏｔｈ Ｔｅｓｔ

４．２．４混合料的长期老化性能测试和评价 沥青路面在长期使用过程中，受到各种自然因素，如空气中的氧、水、紫外线以及 车辆荷载的作用，使沥青混合料产生许多复杂的物理、化学变化，沥青逐渐老化而硬化， 最终导致路面出现开裂而损坏。沥青路面的老化，主要是所含沥青的老化，这表现为回 收沥青针入度增大、软化点提高，另外混合料自身豹空隙率及集科表面沥青膜的厚度也 对混合料的老化有不同程度的影响。橡胶沥青结合料的老化试验，已在第三章内进行了 讨论，本节主要研究混合料在长期使用过程中的抗老化性能。

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沥青混合料长期老化试验，是模拟碾压成型的沥青路面在使用过程中经受行车荷载 以及同照、雨水、温度等环境因素综合作用而引起沥青混合料作用卜的持续氧化效应． 即沥青路面在使用阶段的长期老化效应。本文中采用的长期老化试验方法为ＳＨＲＰ提出 的延时烘箱加热老化（Ｌｏｎｇ Ｔｉｍｅ
Ｏｖｅｎ

Ａｇｉｎｇ，简写为ＬＴＯＡ）。

根据ＳＨＲＰ规定长期老化前的混合料必须经过短期老化，而本文在４．１．３节中已经 提过，本试验所采用的混合料在成型前都要在的１３５０Ｃ烘箱中连续放置４小时，用来模 拟松散混合料在拌和、贮存、运输和摊铺碾压过程中的受热而挥发和氧化的效应。即沥 青混合料在施工阶段的短期老化效应。 长期老化试验的试件仍然采用ｑ）１５ｃｍＸ ６ｃｍ圆柱体试件，每种混合料取３个试件作 平行对比。老化处理采用ＡＡＳＨＴＯ Ｒ３０的方法，即通过将制各好的沥青混合料试件在 ８５。Ｃ的烘箱中连续放置１２０小时（５天）的方式得以实现，并通过对比老化前后试件 的劲度模量来评价混合料的耐老化性能，评价指标为劲度模量比ＩＴＳＭＲ，按下式计算：
ｌＴｑ、ｌ

ＩＴＳＩｖｌＲ＝二二竺竺ｘ１００
／ＴＳＭｌ

（４．８）

式中，阢珏积——平均劲度模量比，％； 阢鼢行——长期老化前试件的平均劲度模量，ｂｌＰａ；

，黝勿——长期老化后试件的平均劲度模量，ＭＰａ。
劲度模量的测试温度为２０。Ｃ。测试方法参照４．２．１节中所述的内容。混合料老化前

后劲度模量测试结果如表４．１．４所示，并将老化前后混合科的平均劲度模量的对比绘子
图４．８。

表４．１４老化前后劲度模量变ｉｆ，

里！：！：！！里壁咝堕！！坠！！！！！坚型虫！竺！！堕塑婴篁型堡
试件类型编号

老等模量∞：化后

脚∞

废轮腑胶粉改性沥青材料的路用性能研究

图４．９老化前后混合料２００Ｃ劲度模量比较 Ｆ培４．９ ２０６Ｃ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｓｂｅｆｏｒｅ ａｎｄａｆｔｅｒａｇｅｉｎｇ

由图及表中的数据可以看到经过长期之后，混合料的劲度模量都有所提升，即混合 料出现硬化。ＩＴＳＭＲ代表混合料老化前后劲度模量变化的比值，其值越小，说明老化对 混合料性能的影响越小，即抗老化性越好。由表４．１４中的各种混合料的ＩＴＳＭＲ可以得 到，试验四种混合料的抗老化性能依次为：ＳＭＡ）ＯＧＦＣ）Ｇａｐ Ｉ）Ｇａｐ
ＩＩ。ＯＧＦＣ，Ｇａｐ

Ｉ和ＧａｐＩＩ三种混合料的劲度模量比／ＴＳＭＲ分别为ＳＭＡ的１．０６倍，１．１３倍和１．２５倍。 由此可见，使用基质沥青Ｓｈｅｌｌ６０／７０作为结合料的ＳＭＡ具有最好的抗老化性，这主要 是由于ＳＭＡ中，粗集料所形成的空隙由沥青、矿粉和纤维组成的马蹄脂所填充，结构 密实，沥青膜厚度较大，一般可达１２．１４ｐｍ，而且空隙率较小（在本试验中，ＳＭＡ空 隙率为４．Ｏ％，小于另外三种混合料），使之获得最佳的耐久性。ＯＧＦＣ的空隙率虽然较

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人，但其沥青含量较高（在本试验中，ＯＧＦＣ的沥青含量为９．Ｏ％高于其它混合料），在 集料表面形成较厚的沥青膜，因而与其它两种橡胶沥青混合料相比，ＯＧＦＣ的抗老化性 能相对较好。对于Ｇａｐ ｌＩ，老化性能相对较差，主要原因是由于其所用的结合料橡胶沥 青类型ｌＩ受老化的影响很大，老化后其弹性性能明显逊于橡胶沥青类型Ｉ，这一点已经 在３．４．３节中得以证实。

废轮胎胶粉改性沥青村料的路用性能研究

５结论和展望
５．１结论
本文通过室内试验的方法对废轮胎胶粉改性沥青及其混合料的路用性能进行了研 究。选择两种基质沥青制备废轮胎胶粉改性沥青，通过旋转粘度试验，动态剪切流变试 验（ＤＳＲ）测试并分析了基质沥青类型，胶粉掺量对橡胶沥青结合料的粘性及流变性能 的影响，同时分析了试验室制备橡胶沥青的温度对粘度的影响。采用四种不同类型的沥 青混合料，分别进行了劲度模量试验，轮辙试验，冻融劈裂试验及长期老化试验，评价 了各种类型混合料的高温稳定性，水稳定性及抗老化性能，分析了基质沥青类型，级配 类型对混合料路用性能的影响。本文得到的主要结论如下： （１）橡胶沥青的试验分析

①制备温度对粘度的影响。试验室的制各温度在１９５０Ｃ以下时，生产出的橡胶沥青
的粘度随制备温度的升高而增大，当制备温度进一步提高时，由于胶粉的溶胀过程提前 结束而导致橡胶沥青的粘度降低。本文建议基质沥青为Ｓｈｅｌｌ６０／７０时，制备温度宜采用 １８５。Ｃ．１９５。Ｃ，为国产７０号时，宜控制在１７５。Ｃ．Ｊ８５０ｃ之间。 ②胶粉掺量对粘度的影响。橡胶沥青的粘度随胶粉含量的增加而增大，当胶粉含量 在２１％以下时，增长趋势较缓，且粘度大小能够为工程应用所接受，当达到２４％时，粘 度大幅度升高，超出了工程应用可接受的范围。 ⑧橡胶沥青的高温流变性。对于由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制备的原样结合料，当胶粉含量小于 ２１％时，高温抗车辙性能随胶粉含量的增加而提高，２４％胶粉含量的橡胶沥青的抗车辙 性能有所下降。对于经过短期老化的结合料，在选取的胶粉含量范围内，高温抗车辙性 能随胶粉含量的增加而提高。对于由国产７０号沥青制备的橡胶沥青，其高温性能低于 同等胶粉含量的基质沥青为Ｓｈｅｌｌ６０／７０的结合料，特别是短期老化后这种性能差距尤为 明显。 ④橡胶沥青的中低温温流变性。在中低温条件下，对于由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制备的结合料， 胶粉含量越高，抗疲劳性越好，２１％与２４％两种胶粉含量的橡胶沥青的抗疲劳性较为接 近。由国产７０号沥青制备的橡胶沥青，其抗疲劳性能要逊于由ｓｈｃｌｌ６０／７０制备的结合 料。

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（２）橡胶沥青混合料的试验分析 ①橡胶沥青混合料与普通沥青ＳＭＡ的性能对比。橡胶＇沥青混合料（间断级配，开 级配）具有比较好的高温抗车辙性能和水稳定性，ＳＭＡ的抗老化性能则优于各种橡胶 沥青洮合料。 ②开级配橡胶沥青混合料的路用性能。与间断级配橡胶沥青混合料相比，开级配橡 胶沥青混合料具有良好的抗水损害性能和抗老化性，但其劲度模量较低，高温稳定性相 对于问断级配混合料较差。 ③橡胶沥青类型对混合料性能的影响。对于同种混合料级配类型（问断级配），由 国产７０号沥青制备的橡胶沥青混合科具有较好的水稳定性，高温性能略差于以 Ｓｈｅｌｌ６０／７０为基质沥青的橡胶沥青混合料，但其抗老化性能则低于所有类型的混合料。

５．２展望
本文属于探索性阶段的研究，由于时间和试验条件等原因，还存在很多问题有待于 解决，有很多方面的研究需要在后续的工作中进一步完善。这其中包括： （１）胶粉含量对混合料性能的影响。本文探讨了胶粉含量对结合科的性能影响，而 对于混合料性能的影响还应在以后的工作中进一步完成，用以确定使改性效果达到最佳 的胶粉含量。 （２）橡胶沥青混合料的抗疲劳性能分析。对于橡胶沥青混合料的路用性能研究，本 文缺少疲劳特性方面的试验分析，应在后面的工作中完成各种混合料的抗疲劳性能对比 分析，以全面的了解橡胶沥青混合料性能特点。 （３）级配对橡胶沥青混合料性能的影响。本文在橡胶沥青混合料的设计方面的研究 并不深入，而合理的级配与油石比是保证混合料路用性能的基础，建议在以后的工作中 继续探讨骨料级配的影响。 （４）铺筑试验路以检验橡胶沥青材料的实际路用性能。本文仅对橡胶沥青材料的使 用性能进行了室内试验测试，为了评价橡胶沥青材料在真实使用条件下的性能，并建立 实验室测试结果与现场实测结果间的联系，建议通过铺筑试验路以加深对橡胶沥青材料 性能的研究和理解。

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

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ＡｓｐｈａＩｔ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ２００１：１５—２４． Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｈｏｔ Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｌｔｉｃ

［３ｌ】Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｒｅｐｏｒｔ ０－４８２１—２．Ｔｅｘａｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｍａｒｃｈ ２００６．

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Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｓ．Ｆａｔｉｇｕｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ

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Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ＭａｔｅｒｉａｌＳ

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—－６９‘。

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Ｗ

Ｈ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ

ｐａｖｉｎｇ

ａｓｐｈａｌｔｓ

ｂｙ

ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ

ｗｉｔｈ

Ｓｃｒａｐ

Ｒｕｂｂｅｒ．

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ．１９８１．８２１：３７—４４．

［３７］

Ａｒｉｚｏｎａ

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏａｄ

ｏｆ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．

Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍａｔｅｒｉａｌ．

Ｓｔａｎｄａｒｄ

Ｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ

ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ。Ｓｅｃｔｉｏｎ １００９．２００６．
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Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ

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Ｇ，Ｌｏｎｄｙ Ｊ
ｉｎ

Ｒ．Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ（僳Ｈ）ｉｎ
ａｎｄ Ｆｌｏｒｉｄａ

Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ：Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ

Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ

Ａｒｉｚｏｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ

ＦＩｆ眦一Ｓ＾一９５－０５６，Ｆｅｄｅｒａｌ眦ｇｈｍａｙ

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ｓｏｕｒｃｅ

ａｎｄ

ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ

ｇｒａｄｅ∞

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ

ｂｉｔｅｍｅｎ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｒｕｂｂｅｒ ２００３．２００３．

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Ｎｅｕｒａｌ

［４７】Ｓｈｅｎ Ｊ Ｎ，Ａｍｉｒｋｈａｎｉａｎ Ｓ．Ｔｈｅ
ｏｎ

Ｃｒｕｍｂ

Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍｏｄｉｆｉｅｒ㈣Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

ｔｈｅ

Ｈｉ ｇＩｌ

Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ｏｆ咖Ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｔｈｅ

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ

Ｐａｖｅｍｅｎｔ

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Ｕｎｉｆｏｒｍ

Ｎｅｖａｄｏ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｒｕｂｂｅｒ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ

Ｓｔａｎｄａｒｄ

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ａ

Ｓｈｅａｒ

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Ｒ

２９－０２．Ｇｒａｄｉｎｇ

ｏｒ

Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ

ｔｈｅ

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ｇｒａｄｅ

ｏｆ

ａｎ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｂｉｎｄｅｒ．

Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｈｉｇｈｗａｙ

ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｉａｌｓ，２００２．

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Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｌｔｉｃ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｒｅｐｏｒｔ Ｏ－４８２１—２，Ｍａｒｃｈ，２００６．

【５８］Ｋａｌｏｕｓｈ
Ｄｙｎａｍｉｃ

Ｋ

Ｅ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌ

Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ

Ａｄｖａｎｃｅｄ

０１ａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｓ．刚Ｆ

Ｃｏｎｓｔｒｏｃｔｉｏｎ．Ｉｎｃ．Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ １１５Ｓ，Ｊｕｌｙ，２００２．

【５９】Ｈｉｇｈｗａｙｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
Ｇｕｉｄａｎｃｅ

ｏｆ

Ｈｏｎｇ

Ｋｏｎｇ．Ｔｈｅ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｏｎｅ

Ｍａｓｔｉｃ Ａｓｐｈａｌｔ（Ｓ姒）．

Ｎｏｔｅｓ鼬｜７ＧＨｆ０３０．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２００１．
ｎｏｔｅｓ
ｏｎ

［６０］Ｈｉ ｇｌｌｗａｙｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ
Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｓ

Ｒｏａｄ Ｓｕｒｆａｃｅ

Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ

ａｎｄ

Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒｏａｄｓ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｍｏｔｅｓ ＲＤ／ＧＮ／０３２，Ｊｕｎｅ，２００７．
ｏｆ

［６１］Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
Ｒｅｇｉｏｎ．Ｇｅｎｅｒａｌ

Ｈａｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ

Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋｓ．Ｖｏｌｕｍｅ ２．２００６ Ｅｄｉｔｉｏｎ． ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ １２ Ｙｅａｒｓ ｏｆ Ｄｕｒａｂｌｅ Ｓｕｃｃｅｓｓ．
ｏｆ

［６２］Ｗａｙ Ｇ Ｂ．０ＧＦｃ
Ａｓｐｈａｌｔ

Ｍｅｅｔｓ锄Ｗｈｅｒｅ

Ｒｕｂｂｅｒ ２０００，Ｔｈｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ

２１ｓｔ Ｃｅｎｔｕｒｙ．

、

［６３］Ｔｅｘａｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｃｏｕｒｓｅ（ＰＦＣ）．Ｔｅｘａｓ Ｉｔｅｍ ３４２． 【６４］Ｃａｒｌｓｏｎ
Ｄ

Ｄ．Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ

ｏｆ

Ｐｏｒｔｌａｎｄ

Ｃｅｍｅｎｔ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ

Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ

Ｗｉｔｈ

Ｔｈｉｎ

Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ Ｏｐｅｎ Ｇｒａｄｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ
Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ａｒｉｚｏａｍ

Ｃｏｕｒｓｅ Ｏｖｅｒｌａｙｓ ｉｎ

Ａｒｉｚｏｎａ．Ｒｕｂｂｕｒ

Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ

［６５】Ｋｉｒｋ Ｊ Ｖ．Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ，１ｓｔ －－ｐａｒｔ

Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｌｅａｄｓ ｔｏ Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

Ｗｏｒｌｄ

ｏｆ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０００． ｆｏｒ Ｈｏｔ Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｉｒ

［黼］Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ刚１２６９７—１８．Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ
１８：Ｂｉｎｄｅｒ Ｄｒａｉｎａｇｅ．２００４． Ｄｅｓｉｇｎ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ－－Ｔｅｓｔ Ｍａｔｈａｄｓ
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ

［６７］１６－２．Ｍｉｘ

Ｕｅｔｈｏｄｓ

ｆｏｒ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｈｏｔｌｉｘ Ｔｙｐｅｓ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９５．

［∞】Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ阴１２６９７－２６．Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｍｉｘｔｕｒｅｓ—Ｔｅｓｔ －－ｐａｒｔ
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ｍｅｔｈｏｄｓ

ｆｏｒ ｈｏｔ ｍｉｘ ａｓｐｈａｌｔ

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—－７１?－

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究

附录Ａ本文依照的试验标准

－－７２—

大连理Ｔ大学硕十学位论文

攻读硕士学位期间发表学术论文情况
Ｌｉ

Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ，Ｚｈｏｎｇ＂ｆａｎｇ，Ｃａｏ Ｘｉｎｍｉｎｇ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｒｉｇｉｄ Ｐａｖｅｍｅｎｔ
ｏｎ

ｕｎｄｅｒ Ｍｏｖｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ—Ｌｏａｄ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｃｈｉｎａ，Ｊｕｌｙ ２２—２４，２００７，ｖｏｌ １：９５５—９６０．ＥＩ检索．

一７３—

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研Ｊ宄

致

谢

本文在导师钟阳教授的悉心指导下得以完成，钟老师对本人攻读硕士学位期问的学 习、生活和工作给予了极大的关怀和教导。两年多的时问里，在钟老师的指导之下，我先 后从事了路面力学理论和道路沥青材料两方面的研究，并有幸在他的推荐之下得到赴 香港理工大学交流合作的机会。经过一系列的学习和锻炼，我的专业知识，学术水平，工 作阅历．个人修养都得到了质的提高，这不能不说是钟老师正确指导和悉心栽培的结果。 在本文的完成过程中，从论文选题、制定方案、试验研究到写作成稿钟老师都给予了详 尽的指导，并倾注了大量的心血。钟教授渊博的学识、严谨的治学态度、创新求实的学 者风范无不令我尊重和崇敬，他的一言一行对我今后的工作和生活都影响至深。借此机 会，向导师谨致以最崇高的敬意和最衷心的感谢。 同时，我还要感谢道路教研室的陈静云教授，潘宝峰老师，李玉华老师，任慧韬老 师，王抒红老师，在我的学习生活中无不给予了莫大的关心与帮助，他们的专业学识和 宝贵经验使我深受启迪，也使我能够学有所成。在此对各位老师表示深深的感谢。 感谢周长红师兄，耿立涛师兄。刘佳音师姐平日里对我的帮助，他们的启发和建议 使我受益匪浅，感谢同门曹长勇，田斌，通过与他的交流探讨拓展了我的思路，感谢朝 夕相处的同学李伟，赖广胜，赵晓春，刘军，王新，白广斌，张长锁，陶学谦，齐爱华， 赵静，李惠婷，刘惠，赵慧敏，正是他们的支持和鼓励，使我克服了许多学习上的难关， 也正是他们陪伴我度过了许多美好的时光，使我的硕士研究生生活变得难忘而有意义． 感谢李锐，乔娜等师弟师妹的支持和帮助，这一切令我感激而难以忘怀。在论文顺利完 成之际，在此向以上所有人致以我发自内心的谢意。 最后，感谢我的父母和所有亲朋好友，感谢他们一直以来对我的理解、鼓励和信任， 他们永远是我的精神支柱和动力来源，在此献上最真挚的感谢。

李明亮 ２００７年１２月

废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究
作者： 学位授予单位： 李明亮 大连理工大学

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