張二毛　侯劍楠　鐘浩生

作者簡(jiǎn)介：

張二毛（1982—），高級(jí)工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。

摘要：為研究橡膠瀝青碎石封層在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的性能效果，文章通過(guò)碾壓試驗(yàn)、濕輪磨耗試驗(yàn)、低溫沖擊試驗(yàn)對(duì)其路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析。結(jié)果表明：碾壓試驗(yàn)中，構(gòu)造深度主要受碎石粒徑和瀝青層厚度影響，碾壓初期摩擦系數(shù)主要取決于構(gòu)造深度，經(jīng)過(guò)荷載長(zhǎng)期作用后，摩擦系數(shù)主要受構(gòu)造深度和碎石棱角性影響;濕輪磨耗試驗(yàn)中，橡膠瀝青碎石封層脫石率比普通瀝青碎石封層脫石率低1.8%;低溫沖擊試驗(yàn)中，橡膠瀝青碎石封層脫石率比普通瀝青碎石封層脫石率低96.5%，說(shuō)明橡膠瀝青碎石封層可有效改善瀝青路面抗水損壞性能和低溫性能。通過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證，橡膠瀝青碎石封層的彎沉、壓實(shí)度、抗壓強(qiáng)度均滿足要求且顯著高于普通瀝青碎石封層。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青;碎石封層;養(yǎng)護(hù);應(yīng)用

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U418.6A220815

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)道路交通事業(yè)也進(jìn)入飛速發(fā)展的階段，截至2019年年末，我國(guó)高速公路總里程達(dá)到14.96萬(wàn)km。瀝青路面因具有表明平整、無(wú)接縫、行車(chē)舒適、噪音低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高等級(jí)道路中。但因?yàn)榻煌垦杆僭龃?、?chē)輛嚴(yán)重超載和渠化交通等因素的影響，瀝青路面出現(xiàn)裂縫、車(chē)轍、坑槽等早期病害[1]，嚴(yán)重影響道路路用性能，如何解決瀝青路面早期損害成為亟待解決的問(wèn)題。隨著我國(guó)公路建設(shè)水平的逐漸發(fā)展，道路工作者開(kāi)始關(guān)注預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)[2]。

碎石封層作為一種抗滑性能優(yōu)異、防水性能良好、施工成本低且施工速度快的路面結(jié)構(gòu)，正逐步推廣應(yīng)用于道路養(yǎng)護(hù)和新建路面中。但碎石封層在使用過(guò)程中因高溫穩(wěn)定性、粘結(jié)性不足而出現(xiàn)泛油、碎石脫落等問(wèn)題[4]，為解決這些問(wèn)題，研究人員從材料組成出發(fā)提出橡膠瀝青碎石封層。橡膠瀝青碎石封層以橡膠瀝青為膠結(jié)料，集橡膠瀝青和碎石封層優(yōu)點(diǎn)于一體，大大提高了各項(xiàng)路用性能。同時(shí)，橡膠瀝青在公路工程中的應(yīng)用解決了廢舊輪胎“黑色污染”問(wèn)題，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，符合交通運(yùn)輸部提出的“建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型行業(yè)”理念[3]。

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)比分析橡膠瀝青碎石封層和普通瀝青碎石封層各項(xiàng)性能之間的差異，研究橡膠瀝青碎石封層的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 原材料及試件制作

1.1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青和橡膠改性瀝青

本文選用的基質(zhì)瀝青和橡膠改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)如表1～2所示。

1.1.2 集料

實(shí)際工程中碎石封層集料一般采用單粒徑碎石。本文選用粒徑為4.75～9.5 mm的石灰?guī)r，各項(xiàng)性能指標(biāo)如表3所示。

1.2 碎石封層試件制作

1.2.1 墊塊

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中的瀝青混合料試件制作方法，制作尺寸為300 mm×300 mm×40 mm的瀝青混凝土試件作為試驗(yàn)用墊塊，選取級(jí)配AC-16，級(jí)配曲線如圖1所示。

1.2.2 碾壓試驗(yàn)試件

制備碾壓試驗(yàn)試件流程如下：首先取162 g瀝青、1 200 g碎石，將5 mm厚鋼板置于車(chē)轍試模底部，再將上文所述墊塊放入試模，一起放入烘箱中，在60 ℃環(huán)境下保溫5 h。待基質(zhì)瀝青加熱至163 ℃（橡膠瀝青加熱至190 ℃）后，將其倒在墊塊表面，并迅速抹勻。將稱(chēng)取的碎石均勻撒布在墊塊上，初步整平碎石。將試件表面鋪一層厚橡膠墊并置于車(chē)轍試件成型儀中進(jìn)行碾壓，初壓5次后取出放入烘箱中，在50 ℃環(huán)境下養(yǎng)護(hù)5 h，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后進(jìn)行7次復(fù)壓，脫模后常溫放置。

1.2.3 濕輪磨耗試驗(yàn)試件

制備濕輪磨耗試驗(yàn)試件流程如下：取126 g瀝青、930 g碎石，將上文所述墊塊置于車(chē)轍試模底部，在其上鋪一層油氈紙，將四個(gè)三角形楔塊分別緊貼試模四角放置，放入烘箱中保溫5 h，設(shè)置溫度為60 ℃。其后步驟與碾壓試驗(yàn)碎石封層試件制作步驟類(lèi)似，試件表面鋪設(shè)橡膠墊后，初壓20次再在50 ℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)5 h，而后利用車(chē)轍試件成型儀進(jìn)行復(fù)壓，每次碾壓100次，共碾壓5次。

1.2.4 低溫沖擊板試驗(yàn)試件

制備低溫沖擊板試驗(yàn)試件流程如下：首先取72 g瀝青，100 g碎石，將沖擊鋼板和碎石置于烘箱中預(yù)熱，設(shè)置溫度為110 ℃。待基質(zhì)瀝青加熱至163 ℃（橡膠瀝青加熱至190 ℃）后均勻倒至沖擊鋼板表面，利用鑷子迅速將碎石按10×10排列在鋼板表面，碎石與沖擊鋼板邊緣距離應(yīng)≥1 cm。冷卻后在試件表面鋪一層厚橡膠墊，利用碾壓輪手動(dòng)進(jìn)行碾壓，橫向縱向各3次。

2 路用性能研究

2.1 抗滑性能試驗(yàn)

為評(píng)價(jià)橡膠瀝青碎石封層抗滑性能，采用手工鋪砂法與擺式儀法分別測(cè)定普通瀝青碎石封層和橡膠改性瀝青碎石封層的構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)。兩種碎石封層試件各制作三塊，每次碾壓40 min，結(jié)束后進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果取均值。其中，A表示橡膠瀝青碎石封層試件，B代表普通瀝青碎石封層試件。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

（1）兩種封層試件構(gòu)造深度均隨碾壓次數(shù)增加呈下降趨勢(shì)，但碾壓次數(shù)達(dá)到6次以后趨于穩(wěn)定。由圖2可知，隨著碾壓次數(shù)增加，試件的構(gòu)造深度均減小，其中橡膠瀝青碎石封層試件降低了17.4%，普通瀝青碎石封層試件降低了18.5%，在碾壓次數(shù)達(dá)到6次以后逐漸趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)槟雺簩?duì)碎石封層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓密和重組，隨著碾壓次數(shù)增加，壓密和重組作用逐漸變小，最終構(gòu)造深度主要受碎石粒徑和瀝青層厚度的影響，所以變化趨勢(shì)逐漸平緩[4]。

（2）隨碾壓次數(shù)增加，兩種封層試件摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度的變化趨勢(shì)基本相同。由圖3可知，隨著碾壓次數(shù)逐漸增加，橡膠瀝青碎石封層摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度逐漸下降而后趨于穩(wěn)定，普通瀝青碎石封層摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度變化趨勢(shì)均較平緩。這是因?yàn)槟雺撼跗冢Σ料禂?shù)主要取決于構(gòu)造深度，經(jīng)過(guò)荷載持續(xù)作用后，最終摩擦系數(shù)主要受構(gòu)造深度和碎石棱角性等因素共同影響[4]。

（3）瀝青種類(lèi)對(duì)碎石封層抗滑性能基本無(wú)影響。由前文可知，構(gòu)造深度主要受碎石粒徑和瀝青層厚度影響。碾壓初期摩擦系數(shù)主要取決于構(gòu)造深度，經(jīng)過(guò)荷載長(zhǎng)期作用后，摩擦系數(shù)主要受構(gòu)造深度和碎石棱角性影響。

2.2 抗水損害試驗(yàn)

為研究橡膠瀝青碎石封層抗水損害性能，在25 ℃環(huán)境下將試件浸水1 h，進(jìn)行濕輪磨耗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表5所示。其中，A代表橡膠瀝青碎石封層試件，B代表普通瀝青碎石封層試件。

橡膠瀝青碎石封層抗水損害性能優(yōu)于普通瀝青碎石封層。由圖4可知，橡膠瀝青碎石封層脫石率均低于普通瀝青碎石封層，這是由于膠粉加入瀝青后，膠粉顆粒在瀝青中發(fā)生溶脹反應(yīng)，橡膠顆粒通過(guò)凝膠膜連接成黏度較大的半固態(tài)連續(xù)相，提高了橡膠瀝青碎石封層中碎石之間的粘結(jié)力[5]。

2.3 低溫性能試驗(yàn)

為評(píng)價(jià)橡膠瀝青碎石封層低溫性能，進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)。低溫沖擊板試件各制作五塊，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。其中，A表示橡膠瀝青碎石封層試件，B表示普通瀝青碎石封層試件。

橡膠瀝青試樣的低溫性能明顯優(yōu)于普通瀝青試樣。由圖5可知，溫度降至-5 ℃時(shí)，橡膠瀝青脫石率仍為0%，而普通瀝青脫石率高達(dá)95.6%。隨著溫度繼續(xù)降低，橡膠瀝青碎石封層脫石率逐漸增加，但仍然在5%以內(nèi)，表明橡膠瀝青碎石封層具有十分卓越的低溫性能，可將橡膠瀝青碎石封層應(yīng)用于寒冷地區(qū)。

3 應(yīng)用效果分析

前文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了橡膠瀝青碎石封層路用性能，對(duì)暴露于復(fù)雜多變的自然環(huán)境中的道路路面結(jié)構(gòu)分析具有一定的借鑒作用。為分析橡膠瀝青碎石封層應(yīng)用于實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，本文繼續(xù)對(duì)普通瀝青碎石封層和橡膠瀝青碎石封層的兩段試驗(yàn)路進(jìn)行研究，長(zhǎng)度均為2.3 km。

3.1 彎沉檢測(cè)

采用貝克曼梁法（T0951-2008）測(cè)定回彈彎沉，以分析橡膠瀝青碎石封層路面結(jié)構(gòu)承載能力。檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，橡膠瀝青碎石封層試驗(yàn)路段實(shí)測(cè)彎沉值均低于設(shè)計(jì)彎沉值26.8 mm，滿足要求。表明橡膠瀝青應(yīng)用于碎石封層中具有一定的剛度，不會(huì)產(chǎn)生較大變形，可增加路面抵抗行車(chē)荷載作用的能力。

3.2 鉆芯取樣

通過(guò)鉆芯取樣對(duì)芯樣壓實(shí)度、抗壓回彈模量、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，以檢驗(yàn)橡膠瀝青碎石封層的實(shí)際工程質(zhì)量。

由表8可知，橡膠瀝青碎石封層芯樣壓實(shí)度高于規(guī)定壓實(shí)度最小值98%，滿足要求，且高于普通瀝青芯樣壓實(shí)度;橡膠瀝青碎石封層芯樣回彈模量和抗壓強(qiáng)度均高于普通瀝青碎石封層。這表明橡膠瀝青碎石封層在車(chē)輛荷載作用下，抗壓強(qiáng)度較好，可抵抗一定的抗壓變形，路用性能滿足規(guī)范要求，且比普通瀝青碎石封層性能更好。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）瀝青種類(lèi)對(duì)碎石封層抗滑性能基本無(wú)影響。構(gòu)造深度主要受碎石粒徑和瀝青層厚度的影響，碾壓初期摩擦系數(shù)主要取決于構(gòu)造深度，經(jīng)過(guò)荷載長(zhǎng)期作用后，摩擦系數(shù)主要受構(gòu)造深度和碎石棱角性的影響。

（2）橡膠瀝青碎石封層抗水損害性能和低溫性能優(yōu)于普通瀝青碎石封層。

（4）橡膠瀝青碎石封層彎沉滿足要求，具有一定的剛度，不會(huì)產(chǎn)生較大變形，可增加路面抵抗行車(chē)荷載作用的能力。

（5）橡膠瀝青碎石封層壓實(shí)度、回彈模量、抗壓強(qiáng)度均滿足要求且高于普通瀝青碎石封層，表明橡膠瀝青碎石封層在車(chē)輛荷載作用下，抗壓強(qiáng)度較好，可抵抗一定的抗壓變形，路用性能滿足規(guī)范要求，且比普通瀝青碎石封層性能更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 豫.瀝青碎石封層在路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)中的應(yīng)用研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2017.

[2]張會(huì)珍.高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施效果評(píng)價(jià)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2015.

[3]楊志峰，李美江，王旭東.廢舊橡膠粉在道路工程中應(yīng)用的歷史和現(xiàn)狀[J].公路交通科技，2005，22（7）：19-22.

[4]李智明.橡膠瀝青在瀝青路面碎石封層中的應(yīng)用研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[5]陳候杰，曾家廣.橡膠瀝青性能與SBS瀝青性能的分析對(duì)比[J].中國(guó)市政工程，2009（1）：66-67，69.

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