李雨      四川四正建设工程质量检测有限公司   成都  610031

[摘要]：本文论述了采用正交试验法进行配合比设计，运用极差分析法分析试验结果，得出橡胶颗粒的掺量、粗橡胶颗粒含量、沥青用量的最大影响因素，得到最佳橡胶颗粒沥青混合料级配，因此采用正交法设计废橡胶颗粒沥青混合料配合比是可行的。

[关键词]：废弃橡胶；橡胶颗粒；沥青混合料；正交法

1 前言

我国的道路沥青主要采用石蜡基原油炼制，沥青的温度敏感性较大，修成的路面往往夏天泛油发软，冬天发脆开裂，早期破坏严重。另外，大多数国产沥青铺筑的路面多数不能满足高等级公路的需要，为此国家每年花费巨额外汇进口沥青以满足需要。我国大量采用的改性沥青，如 SBS、SBR等改性技术已经基本成熟，满足了一定的工程需要。但是由于快速发展的交通、复杂的荷载和环境条件，沥青路面的损坏依然日益严重。改性沥青已不能满足新的要求，而且聚合物改性沥青昂贵的价格限制了其推广，特别是在非高速公路上的应用。2006 年，我国轮胎产量高达2.8亿条，居世界第一。同时当年产生的废旧轮胎也多达1.4亿多条，约360万吨，而且目前只有14%的废轮胎得到处理。如此大规模的废旧轮胎带来巨大的社会环保问题。废旧轮胎的大量堆积恶化环境、破坏植被，而且经过日晒雨淋，极易滋生蚊蝇，传播疾病，影响人类健康。此外还容易自燃、引发火灾 , 且释放大量的苯、丁二烯、一氧化碳等有毒气体和碳粉尘，并且向地表径流系统释放了大量的油类物质。掩埋处理费用昂贵，占用大量土地，造成土地资源和成本浪费。因此处理好废旧轮胎，减少环境污染，充分利用再生资源，已成为亟待解决的问题。废橡胶颗粒沥青混合料用于道路建设是解决目前面临问题的有效途径之一 。

2 正交法设计配合比

本文的矿料级配如表1

表1矿料级配表

粒径 （mm）	19.0	16.0	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
通过百分 率（%）	100.0	98.4	92.2	81.9	45.3	31.1	25.4	20.1	15.8	11.9	9.3

三因素：橡胶颗粒的掺量（X）、粗橡胶颗粒含量（粒径大于2.36的称为粗橡胶颗粒Y）、沥青用量（Z）。

表2因素水平表

水平	因素	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
	符号	X	Y	Z
1		X1(3%)	Y1(50%)	Z1(6%)
2		X2(4%)	Y2(60%)	Z2(6.5%)
3		X3(5%)	Y3(70%)	Z3(7%)

设计步骤如下：

1）试验指标的确定：密度、空隙率、稳定度、流值

2）选正交表。根据表8的因素和水平，选L9（34）表。

3）制定试验方案：按选定的正交表，应完成九次试验。试验方案见表3

4）试验结果：

表3试验方案

试验号	列号	1	2	3
	因素	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒的含量（%）	沥青用量（%）
	符号	X	Y	Z
1		1（3%）	1（50%）	1（6%）
2		1（3%）	2（60%）	2（6.5%）
3		1（3%）	3（70%）	3（7 %）
4		2（4%）	1（50%）	2（6.5%）
5		2（4%）	2（60%）	3（7%）
6		2（4%）	3（70%）	1（6%）
7		3（5%）	1（50%）	3（7%）
8		3（5%）	2（60%）	1（6%）
9		3（5%）	3（70%）	2（6.5%）

表4试验结果

试件号	密度（g/cm3）	空隙率(%)	稳定度(KN)	饱和度(%)
1	2.271	7.4	4.93	66.7
2	2.287	6.9	7.52	70.1
3	2.276	6.7	6.75	73.4
4	2.243	5.2	7.24	71.2
5	2.237	4.8	7.13	72.3
6	2.234	6.1	4.91	69.4
7	2.217	5.9	5.14	71.5
8	2.217	6.5	4.31	68.5
9	2.223	6.1	6.21	69.5

1) 密度的极差分析

极差法进行密度的计算，9组试验密度数据的计算整理如表5

表5密度的极差表

密度	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
均值1	2.278	2.244	2.240
均值2	2.238	2.246	2.257
均值3	2.218	2.244	2.243
极差	0.06	0.002	0.017

级配条件表：

表6密度确定的级配条件

橡胶颗粒掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
3	60	6.5

2) 空隙率的极差分析

极差法进行空隙率的计算，9组试验空隙率数据的计算整理如表7

表7空隙率的极差表

空隙率	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
均值1	7.0	6.17	6.67
均值2	5.37	6.07	6.07
均值3	6.17	6.30	5.80
极差	1.63	0.23	1.59

级配条件表：

表8由空隙率确定的级配条件

橡胶颗粒掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
4	60	7

3） 稳定度的极差分析

极差法进行密度的计算，9组试验稳定度数据的计算整理如表9

表9稳定度的极差表

稳定度	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
均值1	6.40	5.77	4.72
均值2	6.43	6.32	6.99
均值3	5.22	6.12	6.34
极差	1.21	0.55	2.27

级配条件表：

表10 由稳定度决定的级配条件

橡胶颗粒掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
4	60	6.5

4） 饱和度的极差分析

极差法进行密度的计算，9组试验饱和度数据的计算整理如表11

表11 饱和度的极差表

饱和度	橡胶颗粒的掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
均值1	70.07	69.80	68.20
均值2	70.97	70.30	69.93
均值3	69.83	70.77	72.40
极差	1.14	0.97	4.20

级配条件表：

表12 由稳定度决定的级配条件

橡胶颗粒掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青用量（%）
4	70	7

通过以上图表的分析数据将各个指标对应下的极差按其大小排列如下：

⑴ 橡胶颗粒的掺量：空隙率D（1.63）>饱和度D（1.14）>稳定度D（1.21）>密度D（0.06），所以橡胶颗粒的掺量对混合料成型后的空隙率影响最大，应按空隙率确定橡胶颗粒的掺量（4%）；

⑵ 粗橡胶颗粒的含量：饱和度D（0.97）>稳定度D（0.55）>空隙率D（0.23）>密度D（0.002），所以粗橡胶颗粒的含量对混合料成型后的饱和度影响最大，应按饱和度来决定粗橡胶颗粒的含量（70%）；

⑶ 沥青含量：饱和度D（4.2）>稳定度D（2.27）>空隙率D（1.59）>密度D（0.017），所以沥青含量对混合料成型后饱和度影响最大，应按饱和度来决定沥青含量（7%）。

由以上分析结果，得到的配合比为：

表13 级配条件

橡胶颗粒掺量（%）	粗橡胶颗粒含量（%）	沥青含量（%）
4	70	7

采用正交试验法，通过对试验结果的极差分析，得出橡胶颗粒掺量、粗橡胶颗粒、沥青含量影响最大的指标分别是空隙率、饱和度、饱和度，本文原材料的最佳配合比为：橡胶颗粒掺量（4%）、粗橡胶颗粒含量（70%）、沥青含量（7%）。

3 优秀的路用性能

1）具有优越于普通沥青混合料的高温稳定性，可有效地抗拒因重载而产生的车辙等问题。　

  2 ) 具有较强的抗滑能力，可以提升道路的安全性，减少交通事故的发生。同时可以减少高速公路雨天轮胎高速旋转引起的水雾，减少路面溅水，可以降低雨季交通事故尤其是恶性交通事故的发生率。

3 ) 具有高效的降噪功能，可降低相当于减少80%交通量的噪音。

4）具有良好的除冰雪效果，由于橡胶颗粒的加入，变性增强，产生应力集中，使路面表面的冰雪破碎、剥离。

5）虽然水稳定性低于普通沥青混合料，但是通过添加消石灰等外加剂可以改善其水稳定性。

 6 ) 可以直接摊铺在一般需要修补的混凝土道路上，因此可以减少因开挖而产生的废物料的处置问题，可节省成本和时间。

7 ) 在一般混凝土路面上加铺罩面更能有效防止反射裂缝和组件裂缝的产生。

8 ) 修筑应力吸收层可以有效地吸收并抵抗反射裂缝由底层向上的延伸。

4 正交试验法设计配合比的优点

由于橡胶颗粒的基本性能与石料有较大差别，随着橡胶颗粒的掺入，改变了沥青混合料的内部组成结构和材料接触状态，传统的沥青混合料级配组成范围和设计方法已不再适用，需要寻求一种新的级配设计方法。周纯秀博士提出应用星点设计-效应面优化法进行橡胶颗粒沥青混合料级配组成的优化设计，运用SPSS软件分析实验结果，描绘了橡胶颗粒掺量、粗集料用量和粗橡胶颗粒用量等影响因素的效应面，建立了相应的数学模型，得到了橡胶颗粒沥青混合料的最优级配组成。但此种方法较为复杂，计算量大，数学基础要求高，因此本文采用更为直观、试验次数少、数据分布均匀、结论可靠性好的正交试验方法。正交试验方法具有一个较大优点，通过对试验结果进行极差、方差分析可以引出许多有价值的结论，如最佳试验条件、因素对指标影响的显著性等。这些结论对于沥青混合料级配的确定及优化具有重大意义。目前正交试验方法已经用于橡胶颗粒沥青混合料的成型工艺及含油量的确定。

5 结语

在马歇尔二次成型工艺条件下，橡胶颗粒掺量4%、粗橡胶颗粒含量70%、沥青含量7%，试验证明，采用正交法设计橡胶颗粒沥青混合料配合比是可行的。

参考文献：

[1] 曹卫东，李茂政，薛立疆，吕伟民.废旧橡胶颗粒沥青混合料的试验研究与应用[J].路面机械与施工技术，2006,02

[2] 周纯秀，谭忆秋，辛星.废橡胶颗粒沥青混合料级配组成的优化[J].合成橡胶工业，2006-09-15,29（5）：368-370

[3] 周纯秀.冰雪地区相较颗粒沥青混合料应用技术的研究[D].2006,(06)