摘要：橡胶沥青应力吸收层是一种有效防治反射裂缝的结构。通过室内压缩、剪切和疲劳试验对橡胶沥青混合料的抗压、抗剪和抗疲劳性能进行分析。结果表明：温度对橡胶沥青混合料的影响较大，混合料的模量随温度的升高而下降，但速率呈减缓的趋势；在温度较高时，加载速率对混合料强度的影响降低，40℃时50mm/min对应的强度相比1mm/min仅提高了1倍，而0℃时提高了5.3倍；橡胶沥青的抗剪强度和剪切模量的变化规律同压缩试验一致，其抗剪能力高于抗压能力。
关键词：道路工程；橡胶沥青混合料；抗压性能；抗剪性能
0.引言
废旧轮胎橡胶粉用于筑路工程不仅能改善沥青混合料的路用性能，且具有显著的环保和经济社会效益[1]。橡胶沥青混合料由于其突出的抗反射裂缝、吸收噪音和环保性能，在国内外公路建设养护中已得到广泛应用[2]。作为抵抗反射裂缝、消散集中应力的路面结构层不仅受到温度的影响，在车辆荷载的反复作用下不断地受到拉伸和剪切的作用[3][4]。橡胶沥青的加入在提高混合料变形能力的同时也降低了混合料的强度[5]。本文通过室内试验的方法，研究不同温度和加载速率下橡胶沥青混合料的抗压和抗剪性能，表明了橡胶沥青混合料良好的使用性能。
1. 试件材料与试件制备
橡胶沥青原材料选用的由平阳黑土道路建设有限公司生产的SK70#基质沥青与轮胎橡胶粉。经自行研究优选的橡胶沥青（20目胶粉、胶粉掺量20%、拌和温度 190℃、搅拌时间 45min）的三大指标（针入度、软化点和延度）和弹性恢复检测结果如表1所示，其结果符合规范要求。橡胶沥青混合料的集料选用玄武岩，经检测，其技术指标均满足相关规范规程要求，各矿料的筛分结果如表2所示。考虑橡胶沥青混合料的应用层位，矿质混合料配合比设计为0~3∶3~5∶5~10=50∶30∶20，油石比取8.8%。
经拌合的混合料倒入300 mm×300 mm×50mm的车辙板模具中抹平并轧制成型，考虑骨料的最大公称粒径与混合料的应用位置，用切割机将成型车辙板切割成尺寸为30 mm×30 mm×70 mm的小棱柱体试件，用于压缩和剪切试验。疲劳试验中，分别准备普通基质沥青和橡胶沥青两种材料的试件进行对比，将拌和好的沥青混合料倒入小马歇尔模具中，经落锤冲击式压实成型，脱模后试件高为101.6mm，直径为 63.5mm。
表1 橡胶沥青主要性能指标检测结果
沥青混合料不仅具有明显的温度敏感性，不同的行车荷载也会对其力学性能产生不同程度的影响，所以需要研究不同温度、荷载情况下混合料的性能变化。为保证试件内部温度均匀性，试验前采用高低温试验箱按试验温度恒温放置3~4小时，三种试验温度分别为0℃、20℃和40℃。随后按照试验规程规定的试验方法采用万能试验机进行单轴压缩试验，试验加载速率分别为1mm/min、5mm/min、20mm/min、50mm/min，剪切试验的试验温度采用20℃，加载速率同压缩试验。
表2 矿料筛分结果
2.力学试验研究
2.1 橡胶沥青混合料抗压性能
根据不同加载速度和温度作用下试件应力与应变关系曲线，提取各项试验中每组平行试件的应力峰值并计算各试件的模量后均取平均值，得到不同温度下混合料抗压强度和抗压模量与加载速率的关系曲线图，如图1和图2所示。从图1可以看出：橡胶沥青混合料的单轴压缩抗压强度随温度的升高而降低，随加载速率的增大而增大，而且在温度升高的过程中，强度降低的速度减缓；在温度较高时，加载速率对混合料强度的影响降低，40℃时50mm/min对应的强度相比1mm/min时仅提高了1倍，而0℃时提高了5.3倍。根据图2所示的结果可知：橡胶沥青混合料在温度不变的情况下抗压模量随加载速度的增加而增加；而在加载速度不变的情况下，随温度的升高而降低。同时，在温度较高时加载速率的影响较低温时要弱。另外，通过观察图4与图5中相同加载速率下不同温度强度与模量的落差可知，温度对模量的影响程度较抗压强度要大，而当温度升高到一定值时这种影响降低。
图1 抗压强度随加载速率变化
图2 抗压模量随加载速率变化
2.2抗剪性能分析
剪切实验主要是为了研究橡胶沥青材料在20℃，不同加载速率（1、5、20和50 mm/min）下试件的抗剪切强度。剪切模量和剪切峰值强度与加载速度之间的关系如图3所示。图中反映出橡胶沥青混合料的抗剪强度和剪切模量的变化规律同压缩试验一致。
对比分析20℃时不同加载速率下橡胶沥青混合料的抗压和抗剪强度以及压缩模量和剪切模量的大小，如图4所示。可以看出混合料的抗剪强度比抗压强度高，剪切模量比压缩模量小，说明此混合料的抗剪能力要高于抗压能力。
图3 20℃下剪切模量和应力峰值随加载速率变化关系图
3.结论
通过本文的研究，可得出：
（1）橡胶沥青混合料的抗压强度与抗压模量均随温度的升高而减小，随加载速率的增加而增加，而且在温度较高时对速率的敏感性降低，同时温度对模量的影响要比对强度的影响更大。
图4 20℃下压缩试验与剪切试验的结果对比
（2）橡胶沥青混合料的抗剪强度和模量的变化趋势与抗压强度和压缩模量的变化趋势相同，且在相同温度和加载速率的情况下，抗剪强度均比抗压强度高，说明橡胶沥青混合料的抗剪能力要高于抗压能力。
参考文献：
[1]杨志峰，李美江，王旭东.废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J].公路交通科技，2005，（7）：19-22.
[2]王伟.橡胶沥青混合料高温性能研究[D].同济大学；同济大学交通运输工程学院，2008.
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[4]于玲，闫青玮，包龙生，等.橡胶沥青混凝土路面设计参数试验研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2010，（6）：1124-1128.
[5]徐远明，陈宇亮，王新武.基于蠕变试验的橡胶沥青混凝土粘弹性分析[J].四川建筑科学研究，2011，（2）：201-203.
连真毅，男，1962年7月生，本科，高工，从事公路管理工作。
论文作者:连真毅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：沥青论文; 橡胶论文; 温度论文; 速率论文; 加载论文; 强度论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2018年第22期论文;