蔣琳

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

在產(chǎn)生病害的水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層，即“白改黑”，是改造維修病害水泥混凝土路面的主要方式[1]。然而，在行車荷載和溫度荷載的共同作用下，舊水泥混凝土路面加鋪層很容易出現(xiàn)反射裂縫。反射裂縫不僅破壞了路面的整體性，影響車輛通行，還為路表水下滲提供了通道，不僅損害路基強(qiáng)度和剛度，還會引起唧泥、加大瀝青加鋪層裂縫寬度等現(xiàn)象，使得加鋪層的路用性能下降。為了提高瀝青加鋪層的服役性能，在舊水泥混凝土面層與瀝青混凝土路面之間設(shè)置應(yīng)力吸收層，可以改善路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，有效地防止和延緩反射裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展[2]。

目前，國內(nèi)普遍采用的應(yīng)力吸收層主要有SBS 改性瀝青、橡膠瀝青和橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層[3]。本文將從高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害特性等方面來評價改性瀝青應(yīng)力吸收層的路用性能。

1 原材料性能試驗(yàn)

1.1 瀝青性能

依據(jù)規(guī)范對三種瀝青的基本性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1 所示。

表1 三種瀝青基本性能試驗(yàn)結(jié)果

1.2 細(xì)集料

應(yīng)力吸收層中，礦粉和集料是懸浮在瀝青膠結(jié)料中的，其中集料在4.75mm 篩孔的累計篩余為0～10%，說明集料主要選用細(xì)集料（機(jī)制砂或石屑）。對于細(xì)集料，要求潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級配。對細(xì)集料進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 細(xì)集料性能試驗(yàn)結(jié)果

1.3 礦粉

應(yīng)力吸收層中的礦粉須采用憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到，要求干燥、潔凈。對礦粉進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果如表3 所示。

表3 礦粉性能試驗(yàn)結(jié)果

2 應(yīng)力吸收層混合料測試方法

2.1 高溫穩(wěn)定性能

高溫穩(wěn)定性不僅要求瀝青路面在行車荷載的反復(fù)作用下不會由于永久變形的累積而導(dǎo)致道路表面出現(xiàn)車轍，還要求瀝青路面在高溫條件和水平荷載作用下不會因?yàn)榭辜魪?qiáng)度不足而產(chǎn)生泛油、擁包等表面形態(tài)變化[4]。高溫穩(wěn)定性用動穩(wěn)定度（DS）表示。動穩(wěn)定度越大，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能越好。

應(yīng)力吸收層瀝青混合料屬于富瀝青砂懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，級配極細(xì)，粒徑偏小。此種混合料中礦粉和瀝青用量偏多，因此，應(yīng)力吸收層混合料的強(qiáng)度主要來源于瀝青膠漿與集料間的黏結(jié)力[5]。本文評價高溫穩(wěn)定性能采用車轍試驗(yàn)。

2.2 低溫抗裂性能

水泥混凝土路面的裂縫根據(jù)成因可以分為兩部分：一是溫縮裂縫，二是混凝土路面鋪設(shè)時的預(yù)設(shè)裂縫。當(dāng)應(yīng)力吸收層的低溫柔韌性能較差時，混凝土路面產(chǎn)生的裂縫就會從混凝土路面擴(kuò)展至瀝青面層。因此，瀝青混合料應(yīng)力吸收層的低溫柔韌性能在路面加鋪層設(shè)計中非常重要。評價低溫抗裂性的方法是低溫條件下（-10℃）的小梁彎曲試驗(yàn)。

2.3 水穩(wěn)定性

水進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)后，會滲入瀝青與集料之間，降低黏附性，使得瀝青混合料性能下降。應(yīng)力吸收層可以將其用作防水密封層，所以水穩(wěn)定性對水泥混凝土路面的改造顯得非常重要。本文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來評價水穩(wěn)定性。

3 應(yīng)力吸收層瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

用車轍試驗(yàn)成型機(jī)碾壓成型300mm×300mm×50mm 的板塊狀試件，將試件連同試模一起在常溫條件下靜置48h，然后進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測試其動穩(wěn)定度。結(jié)果如表4 所示。

表4 動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

動穩(wěn)定度與瀝青的抗剪切性能是有關(guān)的，瀝青的抗剪切性能越好、剪切模量越高，瀝青混合料的抗車轍性能就越好。SBS 改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料動穩(wěn)定度相對于橡膠瀝青增大48%，橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青相對于橡膠瀝青則增大66%左右。因此，從高溫穩(wěn)定性的角度出發(fā)，認(rèn)為采用橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青制備應(yīng)力吸收層混合料是較好的。

3.2 低溫抗裂性能

應(yīng)力吸收層作為中間層較一般的瀝青面層受力更復(fù)雜，其底部與水泥混凝土路面的裂縫相接，降溫時，除了受到溫度應(yīng)力之外，還要承受來自底部水泥路面裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展的拉應(yīng)力。因此，應(yīng)力吸收層瀝青混合料的低溫性能至關(guān)重要。低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

表5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

分析表5 中指標(biāo)可以看出，橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青破壞時的最大彎拉應(yīng)變最大、彎曲勁度模量最小，說明橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青的低溫抗裂性能最好；SBS 改性瀝青的最大彎拉應(yīng)變略小于橡膠瀝青，而其彎曲勁度模量略大于橡膠瀝青，說明SBS 改性瀝青的低溫抗裂性能較橡膠瀝青有所降低。綜上所述，橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青在低溫彎曲性能方面較橡膠瀝青和SBS 改性瀝青有顯著的優(yōu)勢。

由于橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青具有低溫延展性好、柔韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)采用它拌和應(yīng)力吸收層瀝青混合料時，在相同的破壞荷載作用下，應(yīng)力吸收層瀝青混合料的跨中撓度比較大，在低溫條件下表現(xiàn)出良好的抗變形能力，使得應(yīng)力吸收層具有良好的消解水泥混凝土面板接縫處或剛性基層的應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低了裂縫尖端的應(yīng)力峰值，使裂縫不會迅速擴(kuò)展，延緩反射裂縫向面層的擴(kuò)展速度。

3.3 水穩(wěn)定性

3.3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

按照規(guī)定的級配和油石比分別制備馬歇爾試件，然后進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果如表6 所示。

表6 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)力吸收層瀝青混合料是空隙率在2%以內(nèi)的富瀝青砂懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，因此，馬歇爾試件的殘留穩(wěn)定度均較高，其中橡膠瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度略低于其他兩種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度。綜合混合料結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，應(yīng)力吸收層瀝青混合料瀝青含量大、瀝青膜較厚，體現(xiàn)出瀝青與集料膠結(jié)作用強(qiáng)，宏觀表現(xiàn)出改性瀝青混合料具有良好的抗水損害性能。

3.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

按照規(guī)定的級配和油石比分別制備馬歇爾試件，然后進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，結(jié)果如表7 所示。

表7 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表7 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料馬歇爾試件的凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）均大于90%。分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，凍融前后瀝青混合料試件因凍融作用其劈裂強(qiáng)度有所下降，但依然有較好的抗凍融性能。橡膠瀝青凍融劈裂強(qiáng)度比小于其他兩種改性瀝青的凍融劈裂強(qiáng)度比。其中，SBS 改性瀝青和橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青的凍融劈裂強(qiáng)度比接近，說明對應(yīng)力吸收層而言，盡管橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青和SBS 改性瀝青的性能有一定差異，但它對混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比影響較小。

4 結(jié)論

本文對橡膠瀝青、SBS 改性瀝青及橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青的應(yīng)力吸收層路用性能進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

第一，橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青的抗剪切性能好、剪切模量高，因此采用橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青制備應(yīng)力吸收層混合料其高溫穩(wěn)定性能好。

第二，橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青具有良好的柔韌性和低溫延展性，因此由橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青制備應(yīng)力吸收層混合料其低溫抗裂性優(yōu)于SBS 改性瀝青和橡膠瀝青應(yīng)力吸收層混合料。

第三，應(yīng)力吸收層瀝青混合料是空隙率在2% 以內(nèi)的富瀝青砂懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，瀝青含量大、瀝青與集料膠結(jié)作用強(qiáng)，使得改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料具有良好的抗水損害性能。

綜上所述，采用橡膠粉/SBS 復(fù)合改性瀝青制備應(yīng)力吸收層具有顯著優(yōu)勢。