橡胶沥青是沥青路面性能优化研究的重要方向 ^[1]，将废旧轮胎加工成橡胶粉作为一种沥青改性剂制备成橡胶沥青 ^[2,3]，应用到沥青路面中可提高沥青路面的高温抗车辙、低温抗裂和水稳定性等路用性能 ^[4]，同时提高了废旧轮胎、废塑料的回收利用率，有一定的环境与经济效益 ^[5]。

　　 早在20世纪60年代发达国家便已开始对废橡胶粉改性沥青进行研究和应用 ^[6]，其中以美国最具代表性 ^[7]。国外学者对橡胶沥青进行了大量试验和研究 ^[8]，得出橡胶沥青路面的优点具体为 ^[9]:提高耐久性和抗疲劳性能、缓解疲劳裂缝和反射裂缝的产生，提高高温抗永久变形能力和抗低温裂缝能力，对噪声行驶舒适性等道路功能也有一定的改善 ^[10]。国内为了改善国产沥青性能不佳的问题，同济大学研究了橡胶粉与沥青共熔反应的黏度变化规律及橡胶粉对沥青混合料路用性能的影响，此后橡胶沥青的性能改善一直是国内研究的热点 ^[11]，如有学者发现，橡胶粉和抗车辙剂复合改性对橡胶沥青的性能提升较单一改性剂明显 ^[12,13]，粗级配可提高抗变形能力，细级配可提高抗裂性能、水稳定性及抗疲劳性能 ^[14]。当前国内对橡胶沥青的研究主要是针对橡胶沥青的性能优化 ^[15,16]，对橡胶沥青在不同气候条件下的适用性研究较少，使得橡胶沥青的应用存在局限性。为了拓展橡胶沥青的适用范围，本文根据吉林所在季冻区的气候特点，结合当地材料特性，综合考虑沥青混凝土的路面性能，对橡胶沥青混合料结构形式及性能进行研究，寻找适合我国季冻区气候的橡胶沥青路面材料。

　　 本研究所用沥青为吉林嘉瑞公司生产的橡胶改性沥青，品种有30目70号、30目90号、40目90号及SBS+40目90号。对这些沥青进行单质试验，通过标准规程控制下进行的试验可得出的试验结果是30目70号、40目70号和SBS+40目70号各项性质完全符合技术要求，30目90号在针入度和储存稳定性离析48h软化点两项相对于技术要求有偏差，如在工程中应用，需优化沥青单质以使其达到技术要求。

　　 根据技术规范要求，橡胶沥青混合料使用AC-20,SMA-13和SMA-16 3种结构形式，3种结构形式的级配范围较大，为了得到最佳的沥青混合料，本文通过马歇尔试验方法来设计配合比。

　　 用40号90目橡胶改性沥青对三型级配进行混合料体积指标测试，其中3种混合料AC-20型级配、SMA-13型级配、SMA-16型级配各自的预估油石比分别为4.8%,6.7%,6.5%。依据规范的指标要求，获得的最佳级配如表1所示。

　　 对获得的三型最佳级配进行橡胶改性40目90号、30目70号、30目90号、SBS+40目90号共计4种改性沥青的试验研究，以确定最佳油石比。研究结果如表2所示。

　　 由表2可知，AC-20,SMA-13和SMA-16型结构的最佳油石比依次为4.8%,6.7%和6.4%，当使用最佳油石比时，橡胶沥青的体积指标均满足规范要求，其中AC-20对于不同种类沥青的混合料的最佳油石比变化较明显，SMA-13和SMA-16的混合料最佳油石比及其他各项体积指标变化均较小。

　　 通过本文1.2节对各种橡胶改性沥青马歇尔试验结果统计，混合料的各项体积指标基本满足规范中各种混合料类型对改性沥青的性质要求，结合橡胶改性沥青各参数的试验值，提出橡胶改性沥青混合料马歇尔试验的相关参数，如表3所示。

　　 目前对于橡胶改性沥青路用性能研究，其中很重要的一个方面就是研究其高温稳定性，对于沥青混合料此研究对象则需关注其车辙破坏，来确定其高温稳定性这一重要特征。而且，车辙破坏是如今沥青路面发生破坏的常见形式，对其进行研究具有普遍适用性 ^[15]，也是沥青路面设计的一个重要指标。按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中有关沥青路面车辙试验的一些科学规定和通用标准，在制作此试验的试件时，合理采用轮成型方法，车辙板的形成需标准的流程和方法。车辙试验中需注意的是，试件需事先在60℃环境中保存5h，然后再进行正式的监测高温稳定性的车辙试验。部分试验结果如表4所示。

　　 根据整体试验结果，在动稳定度这一指标的测量中可看出，AC-20级配其值都在4 500次/mm以上，而SMA类级配值则都达到5 500次/mm以上，橡胶改性沥青混合料表现出良好的高温稳定性;对于各种试验的级配类型，可看出对于SBS+40目90号橡胶改性沥青的试验，其动稳定度值相对于其他类型沥青的值都要大，所以SBS+40目90号橡胶改性沥青具有较好的高温稳定性。

　　 季冻区路面性能研究的重点之一就是低温抗裂性能。对沥青混合料的低温抗裂性能的测试有多种方法，因为此性能很大部分是由材料的变形能力及强度来决定的，其低温抗裂性能试验方法中只要能检测到强度和变形能力这两个基本性能指标，便可进行较精确的试验。

　　 此研究以沥青混合料的小梁弯曲试验测得其破坏应变、破坏强度来评价混合料的低温抗裂性能。试件的具体尺寸为25mm(长)×25mm(宽)×250mm(高)，具有200mm长的跨径，加载速率5mm/min，而且是在中点进行加载，在-10,-15,-20℃下进行试验。部分结果如表5所示。

　　 根据整体试验结果，低温弯曲破坏的最大弯拉应变值均在4 000με以上，同时当温度不断下降时，试验中的试件最大弯拉应变也在这个过程中不断减小，与此对应，改性沥青被破坏时的最大弯拉应变却没有大幅度降低，说明改性沥青相比于传统试件能表现出更好的低温抗裂性能。同时，对应各种类型的沥青，从试验中可看出SBS+40目90号级配沥青的低温性能最好，其次是40目90号，再次是30目90号，30目70号级配沥青相较于其他种类的沥青，其表现出来的低温性能最差。

　　 季冻区路面性能研究中另外一个较为重要的性能指标就是水稳定性，水稳定性受很多方面的影响，除了常规工程方面的施工、工程环境等因素外，一般对于此性能的研究，对其进行测量和评估，需考虑两方面内容，分别是材料间的黏附性及混合料的水稳定性。本次研究主要分析其水稳定性，采用的方法也主要针对水稳定性的测量进行，在此采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验两种比较合理的试验方法进行水稳定性测量。

　　 1)浸水马歇尔试验此种试验方法与标准马歇尔试验方法相似，不同之处在于浸水马歇尔试件需在60℃的恒温水槽中保温48h。浸水与不浸水试件均采用最佳沥青用量成型试件。用残留稳定度M_S0=M_S2/M_S1×100%来表征水稳定性。残留稳定度越大，水稳定性越好。

　　 2)冻融劈裂试验进行此种试验过程中，首先需根据马歇尔试件的最佳沥青用量来进行合理分组，第1组在常温25℃保温并在常温下做劈裂试验，第2组先经过冻融循环再在常温下进行劈裂试验，用冻融劈裂试验残留强度比TSR=R_T2/R_T1×100%来表示水稳定性，部分试验结果如表6所示。

　　 根据整体试验结果，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果均符合规范要求，橡胶沥青具有较好的水稳定性;由表6中数据可看出，对于各种类型的橡胶沥青，其中具有最好水稳定性的类型是SBS+40目90号。

　　 根据上面的研究对橡胶改性沥青各种性能指标进行综合分析，考虑其高温稳定性、低温抗裂性能及水稳定性，同时结合实际工程的现实情况，可给出该混合料的各种性能参数的指标，这些指标的要求如表7所示。

　　 劈裂试验采用径向加载，这样做的原因是需获得此沥青混合料的间接抗拉力。此次劈裂试验严格按相应合理规程进行，在进行试件制作过程中，要求是做成大小为101.6×63.5试件，试验温度采用15℃，采用12.7mm宽圆弧形压条。部分试验结果如表8所示。

　　 根据整体试验结果，AC-20和SMA类的劈裂强度均符合规范要求，在试验结果的横向对比中可看出，SMA类沥青在此温度下表现出的劈裂强度一般都比AC-20类要小一些;从橡胶沥青种类来看，40目橡胶改性沥青混合料的劈裂强度大于30目橡胶改性沥青混合料的劈裂强度，且以SBS+40目90号最优。

　　 在橡胶改性沥青混合料力学性能研究中，抗压回弹模量是属于此性能的较重要指标，对其进行试验也需严格按沥青混合料试验规程进行。因为此次混合料多数属于大粒径，所以将进行压实成型试验，做成100×100试件。在试验过程中，首先将试件进行成型，然后量高度，最后才进行主试验，测量其在单轴压缩过程中表现出来的抗压回弹模量，部分试验结果如表9所示。

　　 根据整体试验结果，在相同温度条件下AC-20中粒式橡胶沥青混合料的抗压回弹模量低于沥青玛蹄脂碎石类(SMA)，同种级配形式使用同种沥青时，20℃抗压强度值小于15℃抗压强度值，20℃抗压回弹模量值小于15℃抗压回弹模量值;从橡胶种类来看，SBS+40目90号类沥青相较于其他类沥青具有最好的抗压回弹模量性能。

　　 综合4种橡胶改性沥青，结合AC-20型及SMA15℃劈裂强度与15,20℃的抗压回弹模量值，提出橡胶改性沥青混合料的力学参数指标，如表10所示。

　　 本文进行研究分析的案例工程为吉林某高速公路，这也是属于吉林省在“十一五”期间进行建设的高速公路项目，是一个较重要的公共基础设施建设项目。对此项目中的橡胶改性沥青混合料应用进行案例分析和研究具有一定的实践指导意义。

　　 根据本研究对3种结构类型沥青混合料油石比及性能试验的结果，结合吉林某高速公路的修建情况，考虑季冻区的气候环境，推荐AC-20及SMA-13这两种路面结构形式的混合料进行铺装，而且首先要铺装的路段为工程的试验段，此试验段的长度设计为2km，在工程施工中，上面层铺4cm厚橡胶沥青混合料SMA-13，在中面层铺6cm厚橡胶沥青混合料AC-20。

　　 结合以上室内试验研究结果，选定SBS+40目90号橡胶改性沥青进行试验路铺筑，根据施工单位料仓的实际情况，需对施工现场的各种材料进行合理试验来科学地验证其各性能的稳定性，进行试验后，最终得出的该工程段沥青混合料生产配合比和性能检验试验结果如表11,12所示。

　　 由上面2个试验结果中数据可看出，这两种级配的混合料在工程施工中都能满足施工需要的性能要求，同时，在实际施工过程中，采用性能更好的SBS+40目90号橡胶改性沥青更能满足施工要求。

　　 在进行道路施工后运用改性沥青混合料，为了验证其性能的优良性和及时掌握施工技术状况，需对试验路段进行一定的测试，根据测试结果进行分析，保证其实用性。

　　 试验路段铺筑时间为2010-08-19—2010-08-31，铺筑路段桩号为K220+870—K222+986段，中面层AC-20;K218+680—K219+900和K221+605—K222+830段，上面层SMA-13。在进行测试过程中，主要测试的指标包括构造深度、渗水系数及压实度等指标，最终形成的测试结果如表13与表14所示。

　　 综上所述，吉林某高速公路中试验路段的橡胶改性沥青各项性能均满足沥青道路相关规范要求，实际施工中压实度也符合沥青混合料压实度控制的标准;路线通车运营1年后，对试验路段进行使用情况检测，道路路面状况良好，说明橡胶改性沥青在季冻区有着较强的实用性。

　　 1)进行橡胶改性沥青配制时，AC-20和SMA型结构级配范围较宽广，所形成的混合料体积变化大，可使用马歇尔试验先预估油石比确定最适级配，再通过最优级配研究最佳配合比，由此便能得到符合技术要求的橡胶沥青混合料。

　　 2)进行混合料的路用性能及力学性能试验后，可知试验的4种橡胶改性沥青的各项性能基本符合现行橡胶沥青道路规范要求。其中，SBS+40目90号的性能最稳定优异，其大部分性能均超过技术要求;在其他条件相同的情况下，40目沥青性能一般优于30目沥青。在施工中应根据工程实际需要，选择合适的结构类型和橡胶沥青种类。

　　 3)通过试验段的铺设和测试，在施工质量达到规范控制标准的情况下，橡胶改性沥青的各项性能均符合技术要求，在道路运营1年后使用状况良好。