周苗苗，朱其濤，邱業(yè)績(jī)

（1.陜西路橋集團(tuán)有限公司，西安 710075；2.西安公路研究院，西安 710065）

隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量逐步增加，使得路面達(dá)不到設(shè)計(jì)年限就出現(xiàn)各種損壞，針對(duì)這些問(wèn)題各國(guó)采取了一系列的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。常見(jiàn)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施有：碎石封層、微表處、薄層罩面、稀漿封層、霧封層等。每種養(yǎng)護(hù)措施有其自身的適用范圍和優(yōu)點(diǎn)，眾多養(yǎng)護(hù)措施中最為經(jīng)濟(jì)和有效的是碎石封層。碎石封層在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛的使用，20世紀(jì)90年代，美國(guó)33 個(gè)州的瀝青路面養(yǎng)護(hù)中使用到碎石封層，法國(guó)每年的碎石封層施工面積達(dá)到3.5 億平方米，澳大利亞瀝青路面磨耗層中使用碎石封層達(dá)到25 萬(wàn)公里[1]。在國(guó)內(nèi)，廣東、遼寧等省份也進(jìn)行了大量的碎石封層施工。碎石封層優(yōu)點(diǎn)很多，能增加路面抗滑能力，防止水分進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，減少反射裂縫，提高路面的防滲水能力，還能延長(zhǎng)路面的使用壽命。目前，碎石封層在使用的過(guò)程中容易出現(xiàn)泛油、脫落掉粒、推移等病害。出現(xiàn)脫落掉粒的主要原因是瀝青與集料的粘附性不足造成的。當(dāng)前瀝青與集料的粘附性機(jī)理主要有五種理理論[2]，力學(xué)理論、化學(xué)反應(yīng)理論、表面能理論、分子定向理論，表面構(gòu)造理論。這適用于瀝青混合料，而碎石封層中瀝青與集料并不是全部裹覆的，針對(duì)碎石封層出現(xiàn)脫落掉粒的現(xiàn)象，趙含參考國(guó)外碎石封層的評(píng)價(jià)方法，提出了粘結(jié)材料粘附率（Se）、粘結(jié)材料暴露率（Ca）、碎石封層掃刷試驗(yàn)實(shí)測(cè)的自然脫落率（TLL1）、自然及掃刷后總脫落率（TLL2）四項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]。高卓等從碎石封層路面使用的環(huán)境溫度角度出發(fā)，對(duì)碎石封層的粘附性展開(kāi)了研究[4]。覃峰等從石料、瀝青、碎石封層使用環(huán)境溫度三個(gè)方面對(duì)碎石封層的粘附性進(jìn)行了研究[5]。鄭平安、曹勇等展開(kāi)了高性能雙層碎石封層的研究，并以自然脫落率和掃刷試驗(yàn)的掃刷脫落率作為雙層碎石封層粘附性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)對(duì)雙層碎石封層的橡膠顆粒摻量和預(yù)裹覆瀝青用量進(jìn)行了研究[6-7]。目前碎石封層以碎石脫落率作為粘附性評(píng)價(jià)指標(biāo)，但并未對(duì)雙層碎石封層中瀝青與集料的粘附性影響因素進(jìn)行研究，基于此，本文以薄雙層碎石封層作為研究對(duì)象，從預(yù)裹覆、橡膠顆粒摻量、石料和瀝青的撒布溫度、瀝青的種類(lèi)四個(gè)方面對(duì)碎石封層的粘附性影響因素展開(kāi)研究。

1 原材料組成

本研究所用結(jié)合料為90#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青（SBS 內(nèi)摻4.5%），其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。石料選用石灰?guī)r，當(dāng)前大量的研究顯示，石灰?guī)r與瀝青的粘結(jié)效果比較好[8-9]。所用石灰?guī)r為單一粒徑，有4.75～9.5 mm 和9.5～13.2 mm兩種規(guī)格，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。橡膠顆粒為常溫法生產(chǎn)的16 目橡膠顆粒，因?yàn)槌胤ㄉa(chǎn)的橡膠顆粒的表面凹凸不平，有利于吸收瀝青中的輕質(zhì)組分發(fā)生溶脹，增強(qiáng)瀝青與石料的粘結(jié)強(qiáng)度[10]。

表1 90# 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 石料技術(shù)指標(biāo)

2 預(yù)裹覆對(duì)碎石封層粘附性的影響

雙層碎石封層中對(duì)上層石料采用預(yù)裹覆的施工工藝，能帶來(lái)較好的施工效果，不僅能提高石料的撒布溫度還能消除撒布時(shí)粉塵對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)提高上層碎石與上層瀝青的粘附性。當(dāng)前，預(yù)裹覆瀝青結(jié)合料采用的是基質(zhì)瀝青，油石比為0.4%～0.66%[11-12]。

2.1 預(yù)裹覆瀝青用量的確定

由于預(yù)裹覆后瀝青和碎石溫度較高，摻加橡膠顆粒后，橡膠顆粒會(huì)吸附部分預(yù)裹覆瀝青，因此要適當(dāng)上調(diào)預(yù)裹覆瀝青用量。采用90#基質(zhì)瀝青對(duì)上層石料進(jìn)行預(yù)裹覆試驗(yàn)，其中預(yù)裹覆的瀝青用量分別為0.5%、0.8%、1.1%，石料粒徑為4.75～9.5 mm。當(dāng)預(yù)裹覆的瀝青用量占碎石質(zhì)量的0.5%時(shí)，出現(xiàn)離析；當(dāng)預(yù)裹覆的瀝青用量占碎石質(zhì)量的0.8%時(shí)，摻加的橡膠顆粒與碎石粘結(jié)效果較好；當(dāng)預(yù)裹覆的瀝青用量占碎石質(zhì)量的1.1%時(shí)，所摻加的橡膠顆粒結(jié)團(tuán)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在這種情況下將會(huì)影響到雙層碎石封層的路用性能。因此，雙層碎石封層中預(yù)裹覆瀝青用量為碎石質(zhì)量的0.8%為宜。

2.2 預(yù)裹覆前后的粘附性

試件制作：將90#瀝青加熱到140 ℃，SBS改性瀝青加熱到160 ℃，石料水洗烘干后加熱到140 ℃。將油氈紙平鋪到桌面，并放置一個(gè)內(nèi)徑為300 mm 的圓形橡膠試模，將稱(chēng)好的90#瀝青均勻的撒布到油氈紙上，并撒布碎石，用小鋼輪初步碾壓整平后鋪上橡膠墊放在輪碾儀上碾壓4～5 遍，將制作好的下層放置待用。上封層制作時(shí)應(yīng)先在石料中加入0.8%的90#瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆，在下層表面要均勻的撒布SBS 改性瀝青，然后撒布預(yù)裹覆好的石料，其碾壓過(guò)程同下層的制作過(guò)程，碾壓完畢放置在60 ℃烘箱養(yǎng)生1 h 后取出放置24 h 后待用。未進(jìn)行預(yù)裹覆的試件制作方法相同。每組試件為3 個(gè)。

將制作好的封層試件放置在承載盤(pán)中，用毛刷輕掃封層表面未粘結(jié)瀝青的浮動(dòng)碎石，稱(chēng)取其質(zhì)量。封層前后的質(zhì)量差就為自然脫落質(zhì)量，脫落質(zhì)量與上層碎石質(zhì)量的比值為自然脫落率。然后將試件放在掃刷機(jī)上掃刷300 s，稱(chēng)取掃刷下來(lái)的質(zhì)量為掃刷脫落質(zhì)量，掃刷脫落質(zhì)量與掃刷面積對(duì)應(yīng)碎石的質(zhì)量的比值為掃刷脫落率。其自然脫落率和掃刷脫落率平均值見(jiàn)表4。

表4 預(yù)裹覆試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)表4可以看出，預(yù)裹覆的雙層碎石封層自然脫落率和掃刷脫落率比未預(yù)裹覆的低，由于預(yù)裹覆之后，能提高碎石溫度，增加了瀝青的爬升高度。有研究表明瀝青爬升高度約為石料的2/3 時(shí)，瀝青與石料才有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，建議在施工過(guò)程中對(duì)雙層碎石封層的上層石料加入0.8%的90#基質(zhì)瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆。

3 不同摻量橡膠顆粒對(duì)粘附性的影響

在瀝青混合料中摻入橡膠顆粒具有減振降噪的作用[13]，雙層碎石封層中摻入橡膠顆粒也能起到減振降噪的效果，橡膠顆粒的摻量越多減振降噪效果越好，但是對(duì)粘附性有一定影響，因此需要對(duì)橡膠顆粒的摻量對(duì)雙層碎石封層中瀝青與集料的粘附性展開(kāi)研究。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試件下層的制作同上，在上封層制作的過(guò)程中需要對(duì)石料進(jìn)行預(yù)裹覆，瀝青用量為上層石料質(zhì)量的0.8%，橡膠顆粒的摻量（摻量為橡膠顆粒占上層石料質(zhì)量，摻入方法：投入石料中與石料充分拌和）分別為0%、1%、2%、3%，試件制作成型后放置待用。通過(guò)掃刷試驗(yàn)和低溫掃刷試驗(yàn)對(duì)粘附性進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

表5 摻加橡膠顆粒薄雙層碎石封層掃刷試驗(yàn)結(jié)果

表6 橡膠顆粒摻量對(duì)薄雙層碎石封層低溫性能的影響

通過(guò)表5和表6可以看出，碎石封層中摻入橡膠顆粒對(duì)碎石的脫落率有一定影響，在上層石料中摻加橡膠顆粒能將爬升高度足夠的瀝青結(jié)合料吸收，降低粘結(jié)性，當(dāng)橡膠顆粒的摻量大于2%時(shí)，碎石的脫落率明顯增加，這是由于加入過(guò)多橡膠顆粒后，橡膠顆粒會(huì)吸收一些瀝青，從而影響瀝青與碎石的粘附性。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制橡膠顆粒的用量（建議用量在1%～2%之間）。

4 撒布溫度和瀝青種類(lèi)對(duì)粘附性的影響

4.1 下層集料的撒布溫度對(duì)瀝青爬升高度的影響

雙層碎石封層的防滲透性能主要依靠下層瀝青結(jié)合料，因此下層瀝青的爬升高度是碎石封層發(fā)揮功能的關(guān)鍵因素。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：本試驗(yàn)試件的做法同雙層碎石封層試件下層的做法，瀝青選用SBS 改性瀝青，加熱至160 ℃，石料選用粒徑為9.5～13.2 mm的石灰?guī)r，加熱溫度分別為30，80，120，140 ℃，將碾壓成型的試件放在60 ℃烘箱中養(yǎng)生1 h，放置24 h 后，將待測(cè)的試件放在60 ℃烘箱中30 min，從不同位置掰下石料，用游標(biāo)卡尺測(cè)量瀝青的爬升高度，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，隨著石料撒布溫度的提高，瀝青在石料上的爬升高度逐步上升但有減緩的趨勢(shì)。有研究表明，由于流體瀝青的表面張力，可沿石料表面向上爬升，爬升高度約為石料高度的70%，并在石料的表面形成一個(gè)半月面，使石料被瀝青裹覆的面積約70%，保證了瀝青與石料有足夠的結(jié)合強(qiáng)度[14]。為此，提高瀝青與集料的粘附性，增加石料被瀝青裹覆的面積，是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。因此，在實(shí)際的施工過(guò)程中要嚴(yán)格控雙層碎石封層中下層石料的撒布溫度，建議控制在80～120 ℃為宜。

圖1 爬升高度試驗(yàn)結(jié)果

4.2 瀝青種類(lèi)和撒布溫度對(duì)上層碎石與瀝青粘附性的影響

本試驗(yàn)所用試件的雙層碎石封層制作方法同上。預(yù)裹覆瀝青用量為0.8%，橡膠顆粒摻量為1.5%。下層采用90#瀝青和粒徑為9.5～13.2 mm的石灰?guī)r，加熱溫度為160 ℃和120 ℃。上封層分別采用90#瀝青和SBS 改性瀝青，瀝青加熱溫度為145 ℃和155 ℃，石料加熱溫度120 ℃。試件制作成型后放置60 ℃烘箱養(yǎng)生1 h后放置24 h待用。

4.2.1 室溫掃刷試驗(yàn)

通過(guò)掃刷試驗(yàn)，以自然脫落率和掃刷脫落率評(píng)價(jià)瀝青與集料的粘附性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。

通過(guò)表7和表8可以看出，相同撒布溫度下，用SBS 改性瀝青制作的碎石封層的碎石脫落率較低，粘附效果比基質(zhì)瀝青好。主要是由于SBS 改性瀝青的黏度和強(qiáng)度均優(yōu)于90#瀝青。當(dāng)瀝青撒布溫度在155 ℃左右，石料撒布溫度在165 ℃左右時(shí)，SBS 改性瀝青制作的碎石封層的粘附性較好。這是由于在這種溫度下，上層瀝青能夠爬升到一定高度，當(dāng)爬升高度約為石料直徑的2/3 時(shí)，瀝青與石料的粘附性最好。

表7 90# 瀝青掃刷試驗(yàn)結(jié)果

表8 SBS 改性瀝青掃刷試驗(yàn)結(jié)果

4.2.2 低溫掃刷試驗(yàn)

通過(guò)-20 ℃低溫掃刷試驗(yàn)，以自然脫落率和低溫脫落率評(píng)價(jià)瀝青與集料的低溫粘附性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9和表10。

通過(guò)表9和表10可以看出，在低溫條件下，SBS 改性瀝青撒布溫度在155 ℃左右，石料撒布溫度在165 ℃左右時(shí)，制作的碎石封層粘附效果最為理想。這是因?yàn)镾BS 改性瀝青的低溫性能指標(biāo)優(yōu)于90#瀝青。

從掃刷試驗(yàn)結(jié)果可以得知，瀝青的種類(lèi)和撒布溫度、石料的撒布溫度對(duì)碎石封層的粘附性有一定的影響。通過(guò)分析可知，SBS 改性瀝青制作的封層粘附性?xún)?yōu)于基質(zhì)瀝青的，瀝青撒布溫度在155 ℃左右、石料撒布溫度在165 ℃左右時(shí)，成型的封層粘附效果最好。因此，在實(shí)際施工中嚴(yán)格控制瀝青和石料的撒布溫度，而且要合理的選用瀝青種類(lèi)。

表9 90# 瀝青低溫掃刷試驗(yàn)結(jié)果

表10 SBS 改性瀝青低溫掃刷試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

a）雙層碎石封層施工時(shí)進(jìn)行預(yù)裹覆施工，能消除碎石撒布造成的粉塵污染，還能提升碎石撒布溫度。其預(yù)裹覆的用量占上層碎石質(zhì)量的0.8%效果較好。

b）橡膠顆粒摻量為1%～2%時(shí)，瀝青與集料的粘附性效果比較好。

c）通過(guò)瀝青爬升高度試驗(yàn)以及掃刷試驗(yàn)、低溫掃刷試驗(yàn)，可知瀝青與集料的粘附性和撒布溫度以及瀝青種類(lèi)有關(guān)，當(dāng)SBS 改性瀝青加熱溫度為155 ℃，石料加熱溫度為165 ℃時(shí)，粘附效果最好。

d）在實(shí)際的施工操作過(guò)程中，嚴(yán)格控制瀝青和石料的撒布溫度，能夠在一定程度上保證封層的粘附效果。