孫湘俊，陳善祥，劉　廣

（1.廣東首匯城建設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510075；2.嘉應(yīng)學(xué)院，廣東 梅州 514015；3.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州325038）

橡膠瀝青抗裂層高溫性能試驗研究

孫湘俊1，陳善祥2，劉廣3

（1.廣東首匯城建設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510075；2.嘉應(yīng)學(xué)院，廣東 梅州 514015；3.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州325038）

運用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，采用改進的Superpave設(shè)計方法進行抗裂層瀝青混合料設(shè)計，通過單層車轍試驗和雙層車轍試驗分析橡膠瀝青抗裂層高溫性能。結(jié)果表明：改進的Superpave設(shè)計方法適合抗裂層瀝青混合料設(shè)計；橡膠瀝青抗裂層高溫性能不足，但對路面結(jié)構(gòu)的高溫性能影響有限；橡膠瀝青抗裂層路面結(jié)構(gòu)的高溫性能良好并有很大的提升空間。

道路工程；橡膠瀝青；抗裂層；改進Superpave設(shè)計方法；高溫性能

0　引言

我國公路建設(shè)事業(yè)經(jīng)過二十余年的蓬勃發(fā)展，公路網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，早期修建的公路相繼進入大修和改造期。在舊水泥路面或瀝青路面大修和改造中，加鋪瀝青罩面能有效地改善舊路的使用性能，但由于舊路普遍存在接縫或裂縫，在行車荷載及自然環(huán)境等因素共同作用下，易產(chǎn)生反射裂縫，嚴(yán)重影響了加鋪層的使用質(zhì)量和壽命。傳統(tǒng)的設(shè)置玻纖格柵、土木布等土工織物的措施未能取得很好的抗裂效果。采用加鋪抗裂層能很好地消解接縫或裂縫處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低瀝青罩面層底荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力，延緩反射裂縫產(chǎn)生，延長瀝青罩面的使用壽命［3-5］。已有研究表明：橡膠瀝青抗裂層具有很好的低溫抗裂性能及疲勞性能［3-7］。但處于中面層的抗裂層受溫度影響較大，對抗裂層的高溫性能進行評價很有必要，尤其在南方高溫地區(qū)，開展抗裂層的高溫性能研究很有實用價值和現(xiàn)實意義。本文在現(xiàn)有工程材料的基礎(chǔ)上采用改進的Superpave設(shè)計方法進行混合料設(shè)計，對橡膠瀝青抗裂層單層混合料及其組合結(jié)構(gòu)雙層瀝青混合料進行高溫性能實驗研究。

1　原材料性質(zhì)

1.1橡膠瀝青性質(zhì)

本研究采用濕法工藝制備橡膠瀝青，以SK70#基質(zhì)瀝青作為調(diào)和瀝青，橡膠粉細(xì)度20目，橡膠粉摻量為外摻15%。先將基質(zhì)瀝青加熱到160℃左右，再加入橡膠粉，在190℃左右用高速剪切機剪切改性60 min，得到的橡膠瀝青性能見表1。

表1　橡膠瀝青性能

1.2粗集料

本研究的粗集料采用玄武巖，產(chǎn)地湖南株洲，其技術(shù)性質(zhì)見表2。

表2　粗集料技術(shù)性質(zhì)

1.3細(xì)集料

本研究的細(xì)集料采用玄武巖，產(chǎn)地湖南株洲，其技術(shù)性質(zhì)見表3。

表3　細(xì)集料技術(shù)性質(zhì)

2　橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1改進的Superpave設(shè)計方法

抗裂層具有大變形、不透水和結(jié)構(gòu)層厚度小的特點，是一種瀝青含量大、空隙率小和級配細(xì)的砂粒式瀝青混合料。傳統(tǒng)馬歇爾方法不適合該種混合料的設(shè)計。已有資料表明，體積參數(shù)指標(biāo)（特別是空隙率）與瀝青混合料性能之間具有很好的相關(guān)性，因而采用體積設(shè)計法進行抗裂層混合料設(shè)計，并對Superpave體積設(shè)計法進行了適當(dāng)改進：試件尺寸為直徑150 mm，高度約115 mm；設(shè)計旋轉(zhuǎn)壓實次數(shù)為125次；設(shè)計孔隙率為0.5%～3%；礦料間隙率要求大于20%；瀝青填隙率為85%～98%；粉膠比為0.5～1.6；孔隙率為2.0%±0.2%時所對應(yīng)的瀝青用量為最佳瀝青用量。

2.2混合料級配

根據(jù)所選三檔集料（編號為1#、2#、3#）的級配組成，經(jīng)過多次摻配優(yōu)選出滿足改進的Superpave設(shè)計方法基本要求的橡膠瀝青抗裂層混合料礦料級配，其中1#集料、2#集料、3#集料和礦粉的摻配比例分別為25%、25%、40%、10%，集料級配及礦料合成級配見表4。

表4　橡膠瀝青抗裂層混合料級配

2.3最佳瀝青用量

本試驗采用的橡膠瀝青以橡膠粉：70#基質(zhì)瀝青=15：85的摻配比經(jīng)高速剪切制備而成，初定混合料油石比為8.5%、9%、10%、11%，用旋轉(zhuǎn)壓實儀（SGC）制備直徑為150 mm、高度約115 mm的圓柱體試件，采用進行體積性能測試，其體積性能見表5，其空隙率曲線如圖1所示。

表5　橡膠瀝青抗裂層混合料體積性能

圖1　橡膠瀝青抗裂層混合料空隙率曲線

從混合料體積性能表可以看出，該混合料十分密實，幾乎不吸水，也幾乎不透水。從空隙率曲線可以看出，橡膠瀝青混合料空隙率隨著油石比的增大而減小，當(dāng)油石比為8.5%時，橡膠瀝青混合料空隙率為2.358%，當(dāng)油石比為9%時，橡膠瀝青混合料空隙率為1.894%。依據(jù)孔隙率為2.0%± 0.2%時所對應(yīng)的瀝青用量為最佳瀝青的要求，通過對空隙率曲線進行線形歸納分析，確定橡膠瀝青混合料的最佳用油量為8.8%。

3　橡膠瀝青抗裂層高溫性能

理論計算表明路面結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)力狀態(tài)下，路面以下3～8 cm的深度是剪應(yīng)力最大，最容易發(fā)生剪切變形的區(qū)域，而抗裂層所處位置剛好落在此區(qū)域內(nèi)，開展其高溫抗車轍性能研究很有必要。

3.1橡膠瀝青抗裂層單層高溫性能

該試驗試件采用由輪碾成型的長300 mm，寬300 mm，高50 mm的板塊狀試件，試驗溫度為60℃，輪壓為0.7 MPa，試驗溫度為60℃，車輪行走速度42次/min，成型后養(yǎng)護24 h后進行車轍試驗，試驗結(jié)果見表6。

表6　橡膠瀝青抗裂層混合料車轍試驗結(jié)果

由于抗裂層混合料礦料級配偏細(xì)，瀝青用量大，屬于懸浮結(jié)構(gòu)，抵抗剪切變形的能力自然不強。從橡膠瀝青抗裂層單層車轍試驗結(jié)果來看，其高溫抗車轍能力不滿足規(guī)范要求，但其并非直接用在表面層，而是用于中面層或下面層的位置，對路面結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍性能影響有限。

3.2橡膠瀝青抗裂層組合路面結(jié)構(gòu)高溫性能

按照瀝青混合料試驗規(guī)程成型標(biāo)準(zhǔn)成型3cm厚橡膠瀝青抗裂層，養(yǎng)護24 h后，再在抗裂層上成型4 cmAC-13/6 cmAC-16表面層，養(yǎng)護24 h后進行車轍試驗，其中玄武巖AC-13與AC-16的油石比分別是5.3%、4.5%。試驗結(jié)果見表7。

表7　橡膠瀝青抗裂層結(jié)構(gòu)車轍試驗結(jié)果

由上述結(jié)果可知，橡膠瀝青抗裂層路面結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍能力完全滿足規(guī)范要求，加厚上面層厚度、優(yōu)化其路面結(jié)構(gòu)組合及添加纖維或抗車轍劑等將獲得更好的高溫抗車轍性能。

4　結(jié)論

（1）利用旋轉(zhuǎn)壓實儀SGC成型混合料試件以模仿現(xiàn)場碾壓成型，采用改進的Superpave設(shè)計方法適合抗裂層混合料設(shè)計，能準(zhǔn)確控制混合料的體積性能參數(shù)。

（2）橡膠瀝青抗裂層具有良好的抗裂性能，其單層混合料的高溫性能不足，但對整個路面結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍性能影響有限。

（3）橡膠瀝青抗裂層組合路面結(jié)構(gòu)高溫抗車轍性能良好，完全滿足規(guī)范要求，并隨加鋪厚度的增大而不斷提高，其整體高溫抗車轍性能尚有很大的提高空間。

（4）橡膠瀝青抗裂層路面的高溫抗車轍性能應(yīng)從路面整體結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍性能進行評價，至于橡膠瀝青抗裂層路面的高溫性能最優(yōu)化組合設(shè)計及抗裂層單層材料對路面結(jié)構(gòu)高溫性能影響的定量分析有待下一步研究和探討。

［1］鄭健龍，周志剛，張起森.瀝青路面抗裂設(shè)計理論與方法［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］李祖仲.應(yīng)力吸收層瀝青混合料路用性能研究［D］.西安：長安大學(xué)，2005.

［4］尚可羊，張苛，高濤濤，等.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層設(shè)計方法探討［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2013，34（2）：40-44.

［5］余波，施曉強，王力.不同應(yīng)力吸收層綜合性能評價研究［J］.公路交通科技，2015，32（8）：34-38.

［6］劉朝暉，柳力，史進，等.路面結(jié)構(gòu)抗裂層瀝青新材料研發(fā)及性能評價［J］.公路交通科技，2013，30（9）：1-7.

［7］劉廣，黃橋連，關(guān)宏信，等.改性瀝青應(yīng)力吸收層材料及結(jié)構(gòu)性能試驗比較［J］.中外公路，2013，33（3）：224-228.

［8］楊戈，黃衛(wèi)東，李彥偉，等.橡膠瀝青高溫性能評價指標(biāo)的試驗研究［J］.建筑材料導(dǎo)報，2010，13（6）：753-758.

［9］劉朝暉，柳力，李盛.基于抗裂層材料的馬歇爾試驗評價方法研究［J］.材料導(dǎo)報B：研究篇，2014，28（12）：140-143.

U414

A

1009-7716（2016）07-0313-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.093

2016-03-16

孫湘俊（1984-），男，湖南隆回人，碩士，工程師，研究方向為道路工程.