劉偉帥

（唐山大成路橋有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

水泥混凝土路面由于其承載性能好、強(qiáng)度大的特性在高速公路和城市道路中廣泛應(yīng)用。隨著交通量的增加，水泥路面損壞日益嚴(yán)重，亟須對(duì)路面進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)[1]。施工中水泥混凝土板修復(fù)困難，工程中常通過(guò)加鋪瀝青混合料來(lái)修復(fù)路面，該類養(yǎng)護(hù)技術(shù)俗稱“白改黑”。由于瀝青混合料和水泥混凝土模量相差較大，直接在水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層容易誘發(fā)反射裂縫。因此，為了解決道路反射裂縫問(wèn)題，施工中往往會(huì)在水泥路面和加鋪的瀝青混合料層間設(shè)置應(yīng)力吸收層。

1 高性能應(yīng)力吸收層影響因素

水泥混凝土路面由于干縮溫縮現(xiàn)象顯著，使用過(guò)程中會(huì)不斷開(kāi)裂，為了防止對(duì)加鋪后的瀝青混凝土路面造成影響，工程中常用鋪設(shè)應(yīng)力吸收層的方式來(lái)吸收水泥路面開(kāi)裂產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，避免瀝青面層反射裂縫的產(chǎn)生[2]。對(duì)應(yīng)力吸收層組成成分分析可知，其主要原材料包括瀝青與集料。研究表明，采用不同瀝青和集料作為原材料其性能效果往往不同。為了研究應(yīng)力吸收層影響因素，本文對(duì)比SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青兩種瀝青原材料對(duì)于高性能應(yīng)力吸收層的影響。

2 工程實(shí)例

某市政公路工程水泥混凝土路面通車運(yùn)行10 年，由于修筑時(shí)施工水平限制和超載現(xiàn)象的日益加重，導(dǎo)致部分路段路面出現(xiàn)不同程度的坑槽、邊角破損，影響道路行駛舒適性和美觀。由于道路整體承載性能仍滿足使用要求，為了恢復(fù)道路行駛品質(zhì)，決定通過(guò)加鋪瀝青混合料的方式修復(fù)路面破損，提高道路行駛性能。為了保證路面的使用壽命，需在水泥路面上加鋪應(yīng)力吸收層吸收水泥路面向上傳遞的應(yīng)力，避免反射裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)為了選擇合適的瀝青作為應(yīng)力吸收層原材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和滲水系數(shù)試驗(yàn)并對(duì)比分析。

3 試驗(yàn)原材料

3.1 瀝青

改性瀝青是在普通基質(zhì)瀝青上改性得到，其各方面性能均有較大幅度的提升，工程中較少直接使用基質(zhì)瀝青作為應(yīng)力吸收的原材料，目前我國(guó)高性能應(yīng)力吸收層通常采用的瀝青原材料有SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青[3]。SBS 改性瀝青的制備工藝是通過(guò)將基質(zhì)瀝青加熱至指定溫度后加入SBS改性劑高速剪切后制得，而橡膠改性瀝青則是摻入廢舊的橡膠胎粉。本文所采用的兩種改性瀝青原材料均為實(shí)驗(yàn)室配制而成。為了保證SBS 改性劑和膠粉摻入量的合理性，通過(guò)摻入5%、10%、15%、20%等比例進(jìn)行試驗(yàn)，確定SBS 改性劑和膠粉的最佳摻量。同時(shí)，在改性瀝青制備過(guò)程中，為了保證瀝青得到充分改性，應(yīng)著重控制拌和時(shí)間、拌和溫度和拌和速度，兩種改性瀝青在外加劑上的不同將會(huì)導(dǎo)致拌和時(shí)間、拌和溫度有所區(qū)別。對(duì)改性得到的瀝青進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，在高低溫性能上均有較大幅度的提升，對(duì)SBS 改性瀝青與橡膠改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)的技術(shù)要求參考《橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范》（DGT J08—2109—2012），SBS 改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，橡膠改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

表2 橡膠改性瀝青性能檢測(cè)結(jié)果

3.2 集料

由于本文主要研究高性能應(yīng)力吸收層，在控制不同瀝青的基礎(chǔ)上，需要選擇合適的碎石作為試驗(yàn)材料，若選擇的碎石材料不恰當(dāng)，可能無(wú)法充分體現(xiàn)SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青對(duì)高性能應(yīng)力吸收層的影響[4]。工程常用的瀝青混合料碎石材料主要有玄武巖、石灰?guī)r和花崗巖。三種碎石相比，石灰?guī)r碎石由于耐磨性和強(qiáng)度較低，作為高性能應(yīng)力吸收層時(shí)壽命和耐久性較低，而花崗巖碎石本身成分中二氧化硅含量偏高，碎石整體呈酸性，與SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青的黏附性較差，在用作高性能應(yīng)力吸收層時(shí)容易在水分的影響下剝落。故兩種高性能應(yīng)力吸收層所選用的集料統(tǒng)一采用福建生產(chǎn)的玄武巖碎石。采用玄武巖碎石的主要原因是該類碎石呈中性偏堿性，與瀝青具有黏附等級(jí)良好，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。在顆粒形狀和硬度上，其形狀接近立方體，針片狀含量低，具有良好的壓碎值和抗磨耗性能。玄武巖碎石壓碎值、針片狀含量性能指標(biāo)見(jiàn)表3、應(yīng)力吸收層集料篩分結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 玄武巖技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 （續(xù)）

表4 應(yīng)力吸收層集料篩分結(jié)果

4 評(píng)價(jià)方法及路用性能對(duì)比

4.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)是道路工程中常用來(lái)評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性和成型強(qiáng)度的試驗(yàn)，首先稱取標(biāo)準(zhǔn)重量1 100g拌和完畢的混合料加入馬歇爾試模中，通過(guò)擊實(shí)機(jī)具對(duì)混合料進(jìn)行雙面擊實(shí)，擊實(shí)完畢后放置在標(biāo)準(zhǔn)溫度烘箱中進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生24h 后再次雙面擊實(shí)，擊實(shí)25次后脫模制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件[5]。將標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件置于25℃恒溫水槽中分別養(yǎng)生30min 和48h，養(yǎng)生完畢后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定穩(wěn)定度。浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。對(duì)比不同改性瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知，SBS 改性瀝青混合料浸水條件下的動(dòng)穩(wěn)定度大于橡膠改性瀝青混合料，但橡膠改性瀝青在浸水前后的殘留穩(wěn)定度為86.2%，滿足規(guī)范對(duì)于殘留穩(wěn)定度不小于85%的要求。

表5 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4.2 低溫彎曲試驗(yàn)

低溫彎曲破壞試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單直觀，能夠準(zhǔn)確測(cè)出混合料所能承受的最大彎拉強(qiáng)度。其具體試驗(yàn)過(guò)程為：首先制備250mm×30mm×35mm 的標(biāo)準(zhǔn)尺寸小梁試件，在標(biāo)準(zhǔn)溫度-10℃條件下以50mm/min的速度在小梁跨中進(jìn)行加載，當(dāng)小梁發(fā)生斷裂破壞時(shí)，其梁底的拉應(yīng)變即為試件所能承受的最大抗彎拉強(qiáng)度。低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比不同改性瀝青混合料的低溫彎曲破壞試驗(yàn)結(jié)果可知，橡膠改性瀝青混合料在低溫條件下具有良好的抗開(kāi)裂性能。由于水泥路面在使用過(guò)程中受溫度影響極大，溫縮開(kāi)裂現(xiàn)象顯著，當(dāng)橡膠瀝青混合料作為應(yīng)力吸收層攤鋪在水泥混凝土路面上時(shí)，能夠較好地吸收由下至上的內(nèi)應(yīng)力，有效避免了面層瀝青產(chǎn)生反射裂縫。

4.3 滲水系數(shù)試驗(yàn)

邊角破壞和錯(cuò)臺(tái)是水泥路面常見(jiàn)的病害類型，引起該類破壞的主要原因往往是由于水分通過(guò)縫隙進(jìn)入基層，在行車荷載的作用下水分對(duì)基層進(jìn)行沖刷，“前沖后淤”的現(xiàn)象頻發(fā)導(dǎo)致水泥路面錯(cuò)臺(tái)病害的發(fā)生。同時(shí)由于前板基層細(xì)集料被沖刷，形成懸臂結(jié)構(gòu)，在荷載作用下十分容易發(fā)生板角破碎，因此在設(shè)置應(yīng)力吸收層時(shí)需要考慮瀝青混合料的滲水性能。試驗(yàn)通過(guò)制備300mm×300mm×50mm 的車轍板試件進(jìn)行滲水系數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表7 （續(xù)）

對(duì)比橡膠瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種混合料滲水系數(shù)結(jié)果均小于規(guī)范要求的120mL/min，滿足道路使用要求。在對(duì)比具體數(shù)據(jù)后，橡膠瀝青混合料的防水性能要略好于SBS改性瀝青混合料。

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面作為無(wú)接縫的路面類型在行車舒適性上要優(yōu)于水泥路面，近年來(lái)我國(guó)部分水泥路面的破壞，加快了我國(guó)水泥路面改造為瀝青路面的進(jìn)度。本文結(jié)合實(shí)際工程，研究不同瀝青原材料在“白改黑”施工中對(duì)高性能應(yīng)力吸收層影響，通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和滲水系數(shù)試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）橡膠瀝青殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果為86.2%，滿足規(guī)范對(duì)于殘留穩(wěn)定度不小于85%的要求。

（2）根據(jù)低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果可知，橡膠改性瀝青混合料在低溫條件下具有良好的抗開(kāi)裂性能，作為應(yīng)力吸收層攤鋪在水泥混凝土路面上時(shí)，能夠較好地吸收下層向上傳遞的內(nèi)應(yīng)力，有效避免了面層瀝青產(chǎn)生反射裂縫。

（3）橡膠瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果均小于規(guī)范要求的120mL/min，滿足道路使用要求。在對(duì)比具體數(shù)據(jù)后，橡膠瀝青混合料的防水性能要略好于SBS改性瀝青混合料。

（4）對(duì)比兩種瀝青原材料對(duì)于應(yīng)力吸收層的影響，橡膠瀝青作為原材料時(shí)其性能優(yōu)于SBS改性瀝青。