申成

摘要 文章依托南京緯七路西延線高架橋試驗(yàn)段的施工實(shí)例，對(duì)橡膠粉改性瀝青混合料的試驗(yàn)原材料、配合比設(shè)計(jì)及實(shí)體工程應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)探討橡膠瀝青AR-OGFC13的配合比設(shè)計(jì)方法，在最佳油石比的基礎(chǔ)上，與TPS高黏改性瀝青混合料的路用性能和經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比。結(jié)果表明，兩種瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能均良好，但AR-OGFC13表現(xiàn)出更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。最終AR-OGFC混合料試驗(yàn)段的應(yīng)用有效緩解了道路病害，為新型橋面鋪裝層的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞 排水降噪；橡膠瀝青混合料；橋面鋪裝

中圖分類號(hào) U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）03-0069-03

0 引言

近年來，隨著工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)高等級(jí)路面服務(wù)的需求不斷增加，功能性路面的要求也越來越高。排水降噪路面因其具有優(yōu)秀的排水能力、降噪性能好以及高抗滑性能等特點(diǎn)[1]，備受關(guān)注。在國(guó)外，主要應(yīng)用PS高黏瀝青、SBS改性瀝青和橡膠瀝青等膠結(jié)料作為排水降噪路面用瀝青。在我國(guó)，由于開級(jí)配混合料尚未得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究與應(yīng)用主要集中在TPS高黏瀝青，其具有較大的黏度，能夠很好地滿足混合料在高溫和低溫下的性能要求，同時(shí)具備良好的水穩(wěn)定性和耐久性。然而，由于其價(jià)格較高，在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用受到一定限制。橡膠瀝青作為一種良好的環(huán)保代替材料，與瀝青混合后，吸收其中的輕質(zhì)組分，產(chǎn)生溶脹共混反應(yīng)。在這過程中，橡膠粉表面形成一層凝膠膜，增強(qiáng)了與瀝青的黏結(jié)力，進(jìn)而增大瀝青的黏度。此外橡膠瀝青價(jià)格與SBS相當(dāng)，因此其在排水降噪路面的應(yīng)用中越來越受到重視。

1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)采用基質(zhì)瀝青為SK70號(hào)道路石油瀝青。橡膠粉采用20～40目，摻量為18%。橡膠瀝青的制備方式為濕法工藝，先將SK70瀝青加熱至175 ℃，緩慢加入一定劑量的橡膠粉，并高速旋轉(zhuǎn)剪切，轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)60 min。待剪切完畢后，及時(shí)對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行檢測(cè)。高黏劑采用TPS，摻量為12%，改性后對(duì)高黏瀝青進(jìn)行檢測(cè)。原材料主要技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法如表1所示。

粗集料采用南京六合的玄武巖制石料，經(jīng)測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。礦粉采用石灰?guī)r礦粉，無團(tuán)粒結(jié)塊。建筑用水泥為普通硅酸鹽水泥P·O 32.5，表觀密度為3.120 kg/m3。

2 AR-OGFC13及TPS高黏PAC-13的配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比設(shè)計(jì)

考慮排水降噪路面空隙率大的特點(diǎn)，無法和常規(guī)瀝青混合料一樣，完全按照馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比。開級(jí)配瀝青混合料的本質(zhì)是用適量的粗骨料代替細(xì)集料，獲得較大的空隙率[2]。依據(jù)粗骨料搭配方式的不同，混合料有不同的配合比設(shè)計(jì)。由于OGFC的設(shè)計(jì)空隙率較大，粗骨料的搭配方式對(duì)集料之間的嵌擠效果影響較小。相關(guān)研究表明，排水性能會(huì)隨著空隙率的增大而提高，與此同時(shí)，力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、抗裂性能則會(huì)相應(yīng)地降低。因此混合料的路用性能很大程度上取決于空隙率的大小。該文充分調(diào)研了不同國(guó)家和地區(qū)的OGFC混合料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)美國(guó)加利福尼亞州要求大于18%，得克薩斯要求為18%～22%，我國(guó)交通運(yùn)輸部頒布的規(guī)范，要求AR-0GFC13的空隙率為18%～25%[1]，最終確定每個(gè)國(guó)家的空隙率要求相對(duì)接近。

基于上述調(diào)研，為了取得更好的排水降噪效果，控制空隙率在18%～25%之間，最終確定粗集料選用10～15 cm和5～10 cm兩檔，不使用細(xì)集料，級(jí)配設(shè)計(jì)為：10～15 cm∶5～10 cm∶水泥=62∶36∶2，級(jí)配設(shè)計(jì)曲線如圖1所示。

根據(jù)上述混合料礦料級(jí)配結(jié)合謝倫堡瀝青泄漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)綜合確定[3]。采用四種油石比（7.7%、8.0%、8.3%、8.6%），通過馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行最佳瀝青用量試驗(yàn)，雙面擊實(shí)50次，計(jì)算各組試件的空隙率、析漏百分率和飛散率等相關(guān)指標(biāo)。進(jìn)行謝倫堡試驗(yàn)前將混合料保溫180 ℃1 h后，進(jìn)行析漏測(cè)試；肯塔堡飛散試驗(yàn)是將成型的馬歇爾試件，在20 ℃的水浴箱內(nèi)浸泡20 h后，采用洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行飛散測(cè)試，設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)為300。試驗(yàn)結(jié)果分析表明四種油石比空隙率均滿足設(shè)計(jì)要求，確定最佳油石比為8.3%，毛體積相對(duì)密度為2.545，空隙率為22%，析漏損失為0.26%，飛散損失為14.3%，穩(wěn)定度為86.3 kN。

重復(fù)上述步驟，采用三種油石比（4.0%、4.3%、4.6%），粗集料選用10～15 cm和5～10 cm兩檔，細(xì)集料選用0～3 cm，級(jí)配設(shè)計(jì)為10～15 cm∶5～10 cm∶0～3 cm∶礦粉∶水泥=53∶34∶9∶2∶2。確定出TPS高黏PAC-13的最佳油石比為4.3%，毛體積相對(duì)密度為2.669，空隙率為22.4%，析漏損失為0.42%，飛散損失為15.9%，穩(wěn)定度為88.4 kN。

2.2 性能對(duì)比評(píng)價(jià)

該文通過路用性能試驗(yàn)，對(duì)橡膠瀝青混合料的性能與TPS高黏改性瀝青進(jìn)行了對(duì)比分析，評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗滑性能等性能指標(biāo)，并與TPS高黏PAC-13性能相對(duì)比，評(píng)價(jià)AR-OGFC13的相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。材料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)對(duì)比如表2所示。

由表2可知，AR-OGFC13和高黏瀝青PAC-13水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗滑性能和滲水性能各項(xiàng)性能良好，均滿足設(shè)計(jì)要求。橡膠改性瀝青的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比略低于TPS高黏瀝青，水穩(wěn)定性差距控制在4%以內(nèi)。橡膠瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度和透水量比高黏瀝青差，說明其抗高溫變形能力和滲水能力較差，但兩者都遠(yuǎn)高于規(guī)范要求[4]。兩種混合料破壞應(yīng)變數(shù)值相當(dāng)，說明橡膠瀝青和高黏瀝青的低溫性能基本一致，此外橡膠瀝青的擺值高于高黏瀝青，表現(xiàn)出更高的抗滑性能。

2.3 成本對(duì)比評(píng)價(jià)

以該文橡膠粉摻量18%、TPS高黏劑摻量12%為例，調(diào)研得出橡膠粉的單價(jià)約為3 000元/t，TPS高黏劑約為45 000元/t，70#基質(zhì)瀝青約為3 600元/t。因此橡膠瀝青的單價(jià)為3 492元/t，TPS高黏瀝青的單價(jià)為8 568元/t[5]。進(jìn)一步按照該文確定的最佳油石比計(jì)算，則AR-OCFC瀝青混合料產(chǎn)生的瀝青費(fèi)用為267.6元/t，高黏瀝青PAC-13產(chǎn)生的瀝青費(fèi)用為353.2元/t?？梢?，使用橡膠粉改性瀝青具有絕對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3 實(shí)體工程應(yīng)用

依托某高架橋項(xiàng)目進(jìn)行工程應(yīng)用，該項(xiàng)目沿線居民密集，這對(duì)城市高架橋上的行車噪聲提出了更為嚴(yán)格的要求。根據(jù)課題研究成果，以及對(duì)原橋面的考察，并經(jīng)過課題組多次內(nèi)部深入研討，最終確定橋面結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

具體方案從下到上依次為：橋面板采用噴砂處理，做到表面粗糙又潔凈。橋面防水黏結(jié)層采用環(huán)氧瀝青+碎石的形式。下面層采用6 cm厚的AC-20S。為保證下面層完全不滲水，黏結(jié)層采用改性乳化瀝青，灑布量折合為0.4～0.6 kg/m2的純?yōu)r青。最后上面層采用3 cm厚的AR-OGFC13，達(dá)到排水降噪的效果。

項(xiàng)目實(shí)施了降噪排水鋪裝（如圖3所示），共鋪筑雙幅長(zhǎng)度3.5 km的鋪裝層。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況看，試驗(yàn)段粗糙均勻，狀況良好。

項(xiàng)目通車后對(duì)降噪排水鋪裝層段落和相鄰路段橋面普通AC分別進(jìn)行了車內(nèi)噪音及胎噪、環(huán)境噪音的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，由檢測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)車速為60km/h時(shí)，與相鄰路段普通AC橋面鋪裝相比，AR-OGFC13車內(nèi)噪音降低了4.7分貝；對(duì)輪胎噪音而言，該項(xiàng)目所鋪筑的AR-OGFC13比相鄰路段普通AC橋面鋪裝噪音降低了2.5分貝左右。噪音降低3分貝相當(dāng)于噪音源的距離增加1倍，采用降噪排水路面后，相當(dāng)于受聲點(diǎn)與噪音源的距離增加了5/6。對(duì)比環(huán)境噪音，相同條件下，AR-OGFC13路段比一般瀝青路面路段的噪音低5.3分貝，可見橡膠瀝青開級(jí)配混合料具有顯著的降噪效果，且排水性能和抗滑性能有了相應(yīng)的提升。

實(shí)體工程運(yùn)行1年后，對(duì)其進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，鋪裝路面的整體表面粗糙度仍然保持均勻，展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在持續(xù)的使用過程中，該路面未出現(xiàn)明顯的車轍或坑塘剝落現(xiàn)象，使用狀況仍舊良好。AR-OGFC混合料的實(shí)際應(yīng)用可以有效緩解道路病害，為后續(xù)類似項(xiàng)目的實(shí)施提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

橡膠瀝青作為一種環(huán)保型路面材料，被應(yīng)用于級(jí)配瀝青混合料中，不僅表現(xiàn)出排水降噪、高水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，還具備良好的抗滑性能。該文依托某實(shí)體工程試驗(yàn)段橋面鋪裝進(jìn)行研究，通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)AR-OGFC13進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，并結(jié)合飛散試驗(yàn)和析漏試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了全面分析，確定最佳油石比為8.3%。進(jìn)一步通過路用性能試驗(yàn)，對(duì)比AR-OGFC13和TPS高黏PAC-13的性能，評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗滑性能等性能指標(biāo)。TPS高黏瀝青的整體性能略高于AR-OGFC13。此外，AR-OCFC瀝青混合料產(chǎn)生的瀝青費(fèi)用為267.6元/t，高黏瀝青PAC-13產(chǎn)生的瀝青費(fèi)用為353.2元/t，橡膠粉改性瀝青在經(jīng)濟(jì)效益方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。最終AR-OGFC13的試驗(yàn)段鋪裝，表現(xiàn)出較優(yōu)的排水、降噪效果，跟蹤觀測(cè)路面未出現(xiàn)車轍、松散現(xiàn)象，具有較高的推廣價(jià)值。

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