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摘要：为分析橡胶粉掺量对胶粉改性沥青混合料高温性能的影响，本文选取五种掺量（15%、18%、21%、24%及27%，内掺）对基质沥青分别改性，对其成型的橡胶沥青混合料进行车辙试验和静态蠕变试验以评价掺量对高温性能的影响，设计级配为AR-AC13。试验结果表明，
随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青混合料高温性能先提高后下降，在掺量为24%时达到最佳。
关键词：橡胶粉高温性能静态蠕变 掺量变化
The impact study of rubber powder content on rubber powder modified asphalt mixture high temperature performance
Huang Weidong1Gao Lei1 Shi Xiaoqiang2
(1.Anhui Transport Consulting &Design Institute Co., LTD;
(2.2Nanjing Dongdao Road Bridge Engineering Consulting Co., Ltd. )
ABSTRACT： For the analysis of rubber powder content on the influence of the high temperature performance of rubber powder modified asphalt mixture, this article selected five content (15%, 18%, 21%, 24% and 18%) rubber powder to modified matrix asphalt respectively, then rutting test and static creep test were carried of five different rubber asphalt mixture to assess properties of high temperature, the design gradation of mixtures was AR-AC13.The test results showed that with the increase of rubber powder content, the high temperature performance of rubber asphalt mixture was enhanced first and then dropped after, when content is 24%, the high temperature performance was best.
Key words: Rubber powderHigh temperature performance Static creepContent change
中图分类号：U414文献标识码： A
1 研究目的与意义
当前，随着汽车保有量与日俱增，废旧轮胎也越来越多，为解决废旧轮胎带来的环境问题与资源浪费，可把废旧轮胎回收并磨细成橡胶粉，将其应用到道路工程中，实现资源的有效利用。废旧橡胶粉改性的橡胶沥青性能优异，因此被广泛的应用于应力吸收层、断级配橡胶沥青混合料及开级配橡胶沥青磨耗层中。
目前，我国的橡胶沥青混合料中橡胶粉掺量一般为20%左右，主要参考美国亚利桑那州的标准（橡胶粉掺量>15%）。而至于橡胶粉掺量对橡胶沥青混合料高温性能的影响以及何掺量时性能最优，并没有相关研究报道。此外，断级配橡胶沥青混合料沥青含量高，其高温性能会受影响，因此更需关注橡胶粉掺量对其高温性能的影响。本文分析不同橡胶粉掺量下沥青混合料的高温性能，对今后相关研究起铺垫的作用。
2 试验方案设计
2.1 原材料
2.1.1 基质沥青
本文试验所用沥青为70#道路石油基质沥青，其性能指标检测结果见表1。
表170#道路石油沥青性能指标
试验项目 测试值 技术要求
针入度（25℃，100g，5s）0.1mm 68 60~80
针入度指数PI -1.34 -2~2
延度(15℃，5cm/min)cm >150 ≥100
软化点TR&B℃ 48.5 44~52
动力粘度60℃ Pa.s 213 ≥180
密度g/cm3 1.04 實测记录
闪点℃ 312 ≥260
溶解度 % 99.6 ≥99.5
含蜡量 % 1.7 ≤2.2
TFOT后残留物
质量损失 % 0.09 ±0.8
针入度比25℃% 68.6 ≥61
延度(15℃，5cm/min)cm >150 ≥100
2.1.2 橡胶粉
本文试验所采用的橡胶粉为货车车胎20目胶粉（图1所示），因为有研究表明货车轮胎胶粉含有更多的天然橡胶，其改性效果优于小车轮胎。国内外研究显示橡胶粉掺量一般占沥青质量的20%左右，并且大于15%，故本次试验采取15%、18%、21%、24%及27%五个掺量进行橡胶沥青混合料高温性能的研究。表2是橡胶粉筛分情况，满足美国亚利桑那州橡胶沥青的规定。
表2橡胶粉筛分结果
筛孔尺寸 级配通过率（%） 技术要求
2.36mm 100 100
1.18mm 100 65-100
0.6mm 90.5 20-100
0.3mm 4.6 0-45
0.075mm 0.4 0-5
注:技术要求指参照美国亚利桑那州橡胶沥青的规定。
2.1.3 橡胶沥青
本文橡胶沥青由上述基质沥青和橡胶粉制备，采用油浴加热，油浴采用电子温控仪自动控温，温度为175±5℃，采用叶片式搅拌设备，搅拌速度为1000转/min左右，搅拌时间为60min。橡胶沥青拌和设备如图2。
图1橡胶粉 图2橡胶沥青制备过程
2.1.4 矿料
本试验采用的粗细集料是由江苏句容茅迪公司生产的优质玄武岩集料，集料密度及筛分结果见表3。矿质填料由优质石灰岩磨细而成，干燥、洁净，不含泥土、杂质和团粒，亲水系数小，安定性好。
表3各档集料的筛分结果及密度
筛孔尺寸（mm）
矿料 通过方孔筛的百分率（%） 表观相对密度 毛体积密度
16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
1# 料 100.0 78.9 9.5 0.7 0.3 0.2 0.1 0 0 0 2.903 2.846
2# 料 100.0 100.0 98.9 8.2 1.5 1.4 0.5 0.6 0.2 0 2.902 2.832
3# 料 100.0 100.0 100.0 82.9 3.5 2.2 1.1 0.8 0.6 0.3 2.904 2.827
4# 料 100.0 100.0 100.0 97.9 70.1 50.0 38.9 25.8 18.9 13.2 2.901 2.759
2.2 试验级配设计
本文试验级配采用断级配AR-AC13，级配参照已铺筑断级配橡胶沥青混合料工程的级配，提出了适合高温地区的级配范围（表4），本文的级配偏粗，走级配范围的下限，以便提高橡胶沥青混合料的高温性能。
表4AR-AC13推荐级配范围
AR-AC13 下列筛孔通过率，％
16 13.2 9.5 4.75 2.36 0.075
级配上限 100 100 70 30 22 5
级配下限 100 90 50 18 10 0
图3AR-AC13设计级配
本文对五种不同橡胶粉掺量下的橡胶沥青，按照马歇尔设计方法分别成型沥青混合料，通过车辙试验及静态蠕变试验评价它们的高温性能，以寻求橡胶粉掺量同混合料高温性能之间的联系。
图4成型车辙板 图5成型静态蠕变圆柱形试件
3 试验结果与分析
3.1 车辙试验结果分析
本文对不同橡胶粉掺量形成的橡胶沥青混合料进行车辙试验，在60℃的试验温度下，测定三种沥青混合料的动稳定度DS及相对变形δ，试验参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0719-2011进行，试验结果如表5、图4所示。
表5不同胶粉掺量的橡胶沥青混合料车辙试验结果
掺量（%） 45min的变形量（mm） 60min的变形量（mm） DS（次/mm） 平均值 相对变形δ(%) 平均值(%)
15 3.195 3.358 3865 3952 6.72 6.70
3.187 3.343 4038 6.69
18 2.681 2.816 4667 4650 5.63 5.63
2.673 2.809 4632 5.62
21 2.219 2.328 5780 5728 4.66 4.66
2.225 2.336 5676 4.67
24 2.013 2.108 6632 6667 4.22 4.21
2.009 2.103 6702 4.21
27 2.368 2.481 5575 5551 4.96 4.97
2.377 2.491 5526 4.98
图4橡胶沥青混合料动稳定度及相对变形随橡胶粉掺量关系图
通过上表和上图可以看出：橡胶沥青混合料动稳定度值随基质沥青中橡胶粉掺量的增加呈现先上升后下降的趋势，并在掺量为24%时动稳定度达到最大值；此外，混合料相对变形的变化趋势同动稳定度恰好相反，说明了两者的一致性。试验结果初步表明，橡胶沥青混合料高温性能的优劣同橡胶沥青中橡胶粉掺量有关联，随其掺量增加有先提高后下降的趋势，在五种试验掺量下，橡胶粉在24%时，橡胶沥青混合料高温性能最佳。
3.2 静态蠕变试验结果分析
为验证车辙试验的准确性，对上述五种不同橡胶粉掺量下的橡胶沥青混合料进行了静态蠕变试验，它是美国SHRP计划中评价高温性能的试验之一。静态蠕变试验条件为60℃、0.7MPa，试验期间测定相应时间的轴向应变，应变的变化率再次开始增大时的那个时刻就是流变时间 Ft，试验过程见图5，试验采用简单性能试验仪器（simple performance test，简称spt，见图6）进行。
图5静态蠕变试验过程 图6SPT试验仪
研究表明车辙深度随Ft的减小而增加，性能差的混合料流变时间短，也就是说很容易在短时间内遭到破坏；而性能好的混合料流变时间长，五种不同橡胶粉掺量的沥青混合料试验数据见表6。
表6不同胶粉掺量的橡胶沥青混合料静态蠕变试验结果
掺量（%） 流变时间Ft（s） 平均值（s）
15 126 130
134
18 158 159
160
21 185 181.5
178
24 203 201.5
200
27 177 176.5
176
从上表的试验结果可以看出：橡胶沥青混合料流变时间随着基质沥青中橡胶粉掺量的增加呈现先上升后下降的趋势，并在掺量为24%时达到最大，较15%时增大近50%。此外，试验过程可以看出，流变时间增加的趋势随掺量上升越来越缓（15%—24%）。静态蠕变试验结果与车辙试验结果趋势相同，说明不同橡胶粉掺量改性的橡胶沥青形成的混合料高温性能有所不同，高温性能随掺量上升表现为先提高后下降，在橡胶粉掺量为24%，混合料高温性能最优。
导致上述原因是，随橡膠粉掺量增加（15%—24%）时，对基质沥青的改性逐渐增强，橡胶沥青的粘度也越来越大，高温性能越好；但超过一定值（27%）时，橡胶粉的加入不能同基质沥青发生完全反应，过多的橡胶粉使得反而橡胶沥青胶结料高温性能变差，同集料形成橡胶沥青混合料时充当“矿料”的角色，填充了空隙，导致沥青混合料高温性能变差。因而橡胶沥青中橡胶粉的掺量必须严格控制。
4 结论
通过对上述五种不同橡胶粉掺量改性的橡胶沥青形成的沥青混合料车辙及静态蠕变试验可以得出以下主要结论。
（1）断级配橡胶沥青混合料AR-AC13的高温性能同橡胶沥青中橡胶粉的掺量有密切联系。
（2）橡胶粉掺量在15%—24%时，增加其掺量，形成的橡胶沥青混合料高温性能变优；而再继续增加其掺量（24%—27%）时，高温性能反而下降。在橡胶粉掺量为24%时，所形成的橡胶沥青混合料高温性能最佳。
（3）在高温地区使用橡胶沥青时，需严格控制其橡胶粉含量，尽量不要超过24%。
参考文献
（1）JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
（2）曹荣吉, 陈荣生. 橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究 [J][J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2008, 38(2): 269-273.
（3）肖川. 橡胶沥青及混合料高温性能与施工工艺研究 [D][D]. 重庆: 重庆交通大学, 2009.
（4）王伟. 橡胶沥青混合料高温性能研究 [D][D]. 上海: 同济大学, 2008.
（5）Dempsey B J. Development and performance of interlayer stress-absorbing composite in asphalt concrete overlays[J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2002, 1809(1): 175-183.
（6）孙雪伟. AR-AC13 橡胶沥青混合料设计与施工[J]. 中外公路, 2008, 28(5): 235-238.
（7）Bahia H U, Davies R. Effect of crumb rubber modifiers (CRM) on performance related properties of asphalt binders[J]. Asphalt Paving Technology, 1994, 63: 414-414.
（8）陈富强,宋永朝,陈富坚. SBS改性沥青混合料高温性能多指标综合评价[J]. 同济大学学报(自然科学版),2009,10:1345-1348+1359.
（9）樊统江,何兆益. 沥青混合料静态蠕变劲度模量与动稳定度的关系[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2008,06:1055-1057+1138.
随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青混合料高温性能先提高后下降，在掺量为24%时达到最佳。
关键词：橡胶粉高温性能静态蠕变 掺量变化
The impact study of rubber powder content on rubber powder modified asphalt mixture high temperature performance
Huang Weidong1Gao Lei1 Shi Xiaoqiang2
(1.Anhui Transport Consulting &Design Institute Co., LTD;
(2.2Nanjing Dongdao Road Bridge Engineering Consulting Co., Ltd. )
ABSTRACT： For the analysis of rubber powder content on the influence of the high temperature performance of rubber powder modified asphalt mixture, this article selected five content (15%, 18%, 21%, 24% and 18%) rubber powder to modified matrix asphalt respectively, then rutting test and static creep test were carried of five different rubber asphalt mixture to assess properties of high temperature, the design gradation of mixtures was AR-AC13.The test results showed that with the increase of rubber powder content, the high temperature performance of rubber asphalt mixture was enhanced first and then dropped after, when content is 24%, the high temperature performance was best.
Key words: Rubber powderHigh temperature performance Static creepContent change
中图分类号：U414文献标识码： A
1 研究目的与意义
当前，随着汽车保有量与日俱增，废旧轮胎也越来越多，为解决废旧轮胎带来的环境问题与资源浪费，可把废旧轮胎回收并磨细成橡胶粉，将其应用到道路工程中，实现资源的有效利用。废旧橡胶粉改性的橡胶沥青性能优异，因此被广泛的应用于应力吸收层、断级配橡胶沥青混合料及开级配橡胶沥青磨耗层中。
目前，我国的橡胶沥青混合料中橡胶粉掺量一般为20%左右，主要参考美国亚利桑那州的标准（橡胶粉掺量>15%）。而至于橡胶粉掺量对橡胶沥青混合料高温性能的影响以及何掺量时性能最优，并没有相关研究报道。此外，断级配橡胶沥青混合料沥青含量高，其高温性能会受影响，因此更需关注橡胶粉掺量对其高温性能的影响。本文分析不同橡胶粉掺量下沥青混合料的高温性能，对今后相关研究起铺垫的作用。
2 试验方案设计
2.1 原材料
2.1.1 基质沥青
本文试验所用沥青为70#道路石油基质沥青，其性能指标检测结果见表1。
表170#道路石油沥青性能指标
试验项目 测试值 技术要求
针入度（25℃，100g，5s）0.1mm 68 60~80
针入度指数PI -1.34 -2~2
延度(15℃，5cm/min)cm >150 ≥100
软化点TR&B℃ 48.5 44~52
动力粘度60℃ Pa.s 213 ≥180
密度g/cm3 1.04 實测记录
闪点℃ 312 ≥260
溶解度 % 99.6 ≥99.5
含蜡量 % 1.7 ≤2.2
TFOT后残留物
质量损失 % 0.09 ±0.8
针入度比25℃% 68.6 ≥61
延度(15℃，5cm/min)cm >150 ≥100
2.1.2 橡胶粉
本文试验所采用的橡胶粉为货车车胎20目胶粉（图1所示），因为有研究表明货车轮胎胶粉含有更多的天然橡胶，其改性效果优于小车轮胎。国内外研究显示橡胶粉掺量一般占沥青质量的20%左右，并且大于15%，故本次试验采取15%、18%、21%、24%及27%五个掺量进行橡胶沥青混合料高温性能的研究。表2是橡胶粉筛分情况，满足美国亚利桑那州橡胶沥青的规定。
表2橡胶粉筛分结果
筛孔尺寸 级配通过率（%） 技术要求
2.36mm 100 100
1.18mm 100 65-100
0.6mm 90.5 20-100
0.3mm 4.6 0-45
0.075mm 0.4 0-5
注:技术要求指参照美国亚利桑那州橡胶沥青的规定。
2.1.3 橡胶沥青
本文橡胶沥青由上述基质沥青和橡胶粉制备，采用油浴加热，油浴采用电子温控仪自动控温，温度为175±5℃，采用叶片式搅拌设备，搅拌速度为1000转/min左右，搅拌时间为60min。橡胶沥青拌和设备如图2。
图1橡胶粉 图2橡胶沥青制备过程
2.1.4 矿料
本试验采用的粗细集料是由江苏句容茅迪公司生产的优质玄武岩集料，集料密度及筛分结果见表3。矿质填料由优质石灰岩磨细而成，干燥、洁净，不含泥土、杂质和团粒，亲水系数小，安定性好。
表3各档集料的筛分结果及密度
筛孔尺寸（mm）
矿料 通过方孔筛的百分率（%） 表观相对密度 毛体积密度
16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
1# 料 100.0 78.9 9.5 0.7 0.3 0.2 0.1 0 0 0 2.903 2.846
2# 料 100.0 100.0 98.9 8.2 1.5 1.4 0.5 0.6 0.2 0 2.902 2.832
3# 料 100.0 100.0 100.0 82.9 3.5 2.2 1.1 0.8 0.6 0.3 2.904 2.827
4# 料 100.0 100.0 100.0 97.9 70.1 50.0 38.9 25.8 18.9 13.2 2.901 2.759
2.2 试验级配设计
本文试验级配采用断级配AR-AC13，级配参照已铺筑断级配橡胶沥青混合料工程的级配，提出了适合高温地区的级配范围（表4），本文的级配偏粗，走级配范围的下限，以便提高橡胶沥青混合料的高温性能。
表4AR-AC13推荐级配范围
AR-AC13 下列筛孔通过率，％
16 13.2 9.5 4.75 2.36 0.075
级配上限 100 100 70 30 22 5
级配下限 100 90 50 18 10 0
图3AR-AC13设计级配
本文对五种不同橡胶粉掺量下的橡胶沥青，按照马歇尔设计方法分别成型沥青混合料，通过车辙试验及静态蠕变试验评价它们的高温性能，以寻求橡胶粉掺量同混合料高温性能之间的联系。
图4成型车辙板 图5成型静态蠕变圆柱形试件
3 试验结果与分析
3.1 车辙试验结果分析
本文对不同橡胶粉掺量形成的橡胶沥青混合料进行车辙试验，在60℃的试验温度下，测定三种沥青混合料的动稳定度DS及相对变形δ，试验参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0719-2011进行，试验结果如表5、图4所示。
表5不同胶粉掺量的橡胶沥青混合料车辙试验结果
掺量（%） 45min的变形量（mm） 60min的变形量（mm） DS（次/mm） 平均值 相对变形δ(%) 平均值(%)
15 3.195 3.358 3865 3952 6.72 6.70
3.187 3.343 4038 6.69
18 2.681 2.816 4667 4650 5.63 5.63
2.673 2.809 4632 5.62
21 2.219 2.328 5780 5728 4.66 4.66
2.225 2.336 5676 4.67
24 2.013 2.108 6632 6667 4.22 4.21
2.009 2.103 6702 4.21
27 2.368 2.481 5575 5551 4.96 4.97
2.377 2.491 5526 4.98
图4橡胶沥青混合料动稳定度及相对变形随橡胶粉掺量关系图
通过上表和上图可以看出：橡胶沥青混合料动稳定度值随基质沥青中橡胶粉掺量的增加呈现先上升后下降的趋势，并在掺量为24%时动稳定度达到最大值；此外，混合料相对变形的变化趋势同动稳定度恰好相反，说明了两者的一致性。试验结果初步表明，橡胶沥青混合料高温性能的优劣同橡胶沥青中橡胶粉掺量有关联，随其掺量增加有先提高后下降的趋势，在五种试验掺量下，橡胶粉在24%时，橡胶沥青混合料高温性能最佳。
3.2 静态蠕变试验结果分析
为验证车辙试验的准确性，对上述五种不同橡胶粉掺量下的橡胶沥青混合料进行了静态蠕变试验，它是美国SHRP计划中评价高温性能的试验之一。静态蠕变试验条件为60℃、0.7MPa，试验期间测定相应时间的轴向应变，应变的变化率再次开始增大时的那个时刻就是流变时间 Ft，试验过程见图5，试验采用简单性能试验仪器（simple performance test，简称spt，见图6）进行。
图5静态蠕变试验过程 图6SPT试验仪
研究表明车辙深度随Ft的减小而增加，性能差的混合料流变时间短，也就是说很容易在短时间内遭到破坏；而性能好的混合料流变时间长，五种不同橡胶粉掺量的沥青混合料试验数据见表6。
表6不同胶粉掺量的橡胶沥青混合料静态蠕变试验结果
掺量（%） 流变时间Ft（s） 平均值（s）
15 126 130
134
18 158 159
160
21 185 181.5
178
24 203 201.5
200
27 177 176.5
176
从上表的试验结果可以看出：橡胶沥青混合料流变时间随着基质沥青中橡胶粉掺量的增加呈现先上升后下降的趋势，并在掺量为24%时达到最大，较15%时增大近50%。此外，试验过程可以看出，流变时间增加的趋势随掺量上升越来越缓（15%—24%）。静态蠕变试验结果与车辙试验结果趋势相同，说明不同橡胶粉掺量改性的橡胶沥青形成的混合料高温性能有所不同，高温性能随掺量上升表现为先提高后下降，在橡胶粉掺量为24%，混合料高温性能最优。
导致上述原因是，随橡膠粉掺量增加（15%—24%）时，对基质沥青的改性逐渐增强，橡胶沥青的粘度也越来越大，高温性能越好；但超过一定值（27%）时，橡胶粉的加入不能同基质沥青发生完全反应，过多的橡胶粉使得反而橡胶沥青胶结料高温性能变差，同集料形成橡胶沥青混合料时充当“矿料”的角色，填充了空隙，导致沥青混合料高温性能变差。因而橡胶沥青中橡胶粉的掺量必须严格控制。
4 结论
通过对上述五种不同橡胶粉掺量改性的橡胶沥青形成的沥青混合料车辙及静态蠕变试验可以得出以下主要结论。
（1）断级配橡胶沥青混合料AR-AC13的高温性能同橡胶沥青中橡胶粉的掺量有密切联系。
（2）橡胶粉掺量在15%—24%时，增加其掺量，形成的橡胶沥青混合料高温性能变优；而再继续增加其掺量（24%—27%）时，高温性能反而下降。在橡胶粉掺量为24%时，所形成的橡胶沥青混合料高温性能最佳。
（3）在高温地区使用橡胶沥青时，需严格控制其橡胶粉含量，尽量不要超过24%。
参考文献
（1）JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
（2）曹荣吉, 陈荣生. 橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究 [J][J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2008, 38(2): 269-273.
（3）肖川. 橡胶沥青及混合料高温性能与施工工艺研究 [D][D]. 重庆: 重庆交通大学, 2009.
（4）王伟. 橡胶沥青混合料高温性能研究 [D][D]. 上海: 同济大学, 2008.
（5）Dempsey B J. Development and performance of interlayer stress-absorbing composite in asphalt concrete overlays[J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2002, 1809(1): 175-183.
（6）孙雪伟. AR-AC13 橡胶沥青混合料设计与施工[J]. 中外公路, 2008, 28(5): 235-238.
（7）Bahia H U, Davies R. Effect of crumb rubber modifiers (CRM) on performance related properties of asphalt binders[J]. Asphalt Paving Technology, 1994, 63: 414-414.
（8）陈富强,宋永朝,陈富坚. SBS改性沥青混合料高温性能多指标综合评价[J]. 同济大学学报(自然科学版),2009,10:1345-1348+1359.
（9）樊统江,何兆益. 沥青混合料静态蠕变劲度模量与动稳定度的关系[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2008,06:1055-1057+1138.