高速公路橡膠瀝青試驗路段路面結(jié)構(gòu)與材料組成研究

叢延科

(河北省高速公路衡大管理處)

1 試驗路段路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理念

1.1 材料性能

瀝青混合材料的相關(guān)性能直接影響著路面結(jié)構(gòu)的性能和使用周期，一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計中一定要考慮材料的影響，路面一般常見的病害有裂縫、基礎(chǔ)損害等，因此，使用的瀝青材料必須要具備抗裂性能，同時有很好的水穩(wěn)定性能，當(dāng)路面積水時，能及時排除水分，避免出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題。一般影響路面結(jié)構(gòu)的因素主要有:表面層的防滑和耐磨性能，在低溫下能防裂等性能;中層面主要是考慮高溫下的穩(wěn)定性，抗車轍的能力;下面層主要是考慮路面結(jié)構(gòu)的防治反射裂縫等方面的能力。

1.2 試驗條件

本次試驗研究路段路面相關(guān)參數(shù)設(shè)計如下，根據(jù)交通局提供的資料，某路段路面通車量為12000輛/d，預(yù)期設(shè)計年限每年病害增長率為5.9％。預(yù)期使用年限為10年，設(shè)計年限內(nèi)的累積當(dāng)量軸次統(tǒng)計為1556.2×103次，道路拉應(yīng)力為1780.5×103次，道路結(jié)構(gòu)彎沉值β為18.6mm。根據(jù)橡膠瀝青材料的特性，結(jié)合路段路面各個層面的使用情況進行綜合考慮，同時針對路基病害出現(xiàn)的原因進行分析，利用相關(guān)理論系統(tǒng)和計算方法對其損害情況進行計算。本次研究選取兩種橡膠瀝青材料進行對比分析，一種是4cm密斷級配橡膠瀝青混合材料RAC-13、8cm粗粒使瀝青混合材料RAC-25、1cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層以及43cm水泥穩(wěn)定碎石基層;另一種是4cm密斷級配橡膠瀝青混合材料RAC-13、5cm中粒式橡膠瀝青混合材料RAC-20、7cm粗粒式瀝青混合材料RAC-25。試驗采用重型壓實機械，保證密實度，本次選取的兩種路面結(jié)構(gòu)都具有良好的路段路面性能，且密實不透水。

1.3 試驗方法

結(jié)構(gòu)Ⅰ的試驗選取采用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，吸收層主要功能是能分散路面載荷，防止部分因受力過度而出現(xiàn)斷裂問題，如果道路面比較薄，還可以增加路面橫截面，降低投入成本。結(jié)構(gòu)Ⅱ的中面層采用RAC-20和AC-20C，主要是考慮瀝青混合材料的高溫性能。通過對兩種不同型號的瀝青混合材料進行試驗，觀察和分析材組成與路面結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

2 高速公路橡膠瀝青路段路面鋪設(shè)材料設(shè)計

2.1 試驗路面使用的原材料

本次研究選取對象使用的原材料是AH-70C重交瀝青內(nèi)摻和18％的廢胎膠粉，使用專業(yè)的工具將原材料均勻攪拌，使其在高溫中融合、發(fā)育反應(yīng)配置而成，其性能指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，瀝青材料具有良好的抗高溫性能和耐低溫能力，能滿足項目的基本需求。本次試驗使用的粗細(xì)集料主要有幾種不同規(guī)格的型號，如20-30、15-30、10-15等集料的表面干凈、干燥、光滑，礦粉選用優(yōu)質(zhì)的石灰石研磨而成，均能達到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 試驗路段路面橡膠瀝青材料組成級配設(shè)計方法

級配設(shè)計時，一定要考慮材料的間斷級配和開級配等方面的性能，關(guān)鍵是材料的體積所決定，該項目采用礦料主骨空隙體積填充方法(CAVF)，首先確保橡膠瀝青骨料的密實性，選用比較合理的石油比，這樣能有效提高橡膠瀝青混合料的綜合性能，以達到理想的路面結(jié)構(gòu)鋪設(shè)效果，延長整個路面的使用周期。CAVF這種方法能具有一定的科學(xué)性，能保障骨料順利嵌入，還能保證瀝青、礦粉等主骨架形成空隙完成填充。根據(jù)CAVF填充方法計算方法，在填充前，先測量主骨料的孔隙率，根據(jù)試驗結(jié)果確定主骨料的使用量，最終確定鋪設(shè)所需要使用的瀝青量。主骨料空隙率的計算為:

其中q1、q2、q3分別表示粗集料、細(xì)集料以及礦粉的用量所占的百分?jǐn)?shù)，VCA、VV表示密封下粗集料骨架間隙率和瀝青混合料設(shè)計目標(biāo)孔隙率。

2.3 混合橡膠瀝青材料配合比例

將本次試驗中的結(jié)構(gòu)Ⅱ選為試驗對象，采用CAVF方法進行試驗，確定主骨架混合料的使用數(shù)量，結(jié)構(gòu)Ⅱ中的粗集料為10～15mm、3～5mm等規(guī)格，細(xì)集料采用3～6mm，得出密實情況下的用量，通過上述公式計算得出，結(jié)構(gòu)Ⅱ中主骨架孔隙率為45％，經(jīng)原材料試驗可知，細(xì)集料、礦粉表觀密度分別為2.045g/cm3和2.545g/cm3，橡膠瀝青相對密度為0.981，瀝青用量以及礦粉用量分別為7％和2％，設(shè)計目標(biāo)孔隙率為3％。而經(jīng)過式(1)和式(2)可以得到結(jié)構(gòu)Ⅱ中粗集料和細(xì)集料的配給比例分別為6.8％RAC-25和7.0％RAC-20，分別進行級配設(shè)計，這種混合材料的油石比相比較大，其性能不同于一般的改性瀝青，其中含有18％的膠粉，其粘度比較好，是本次試驗路面解雇中最佳的瀝青使用材料和級配比。這種材料的油石比為7.1％和6.2％，橡膠瀝青混合料的性能均具有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，動穩(wěn)定度超過3300次/mm，能承受車轍的碾壓，且迷失不透水。

3 試驗路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性測試與分析

橡膠瀝青的黏度比較大，在使用這種材料鋪設(shè)路面時，可以節(jié)省很多工作環(huán)節(jié)，不用進行路面的搗實，同時不需要使用重型鋼輪碾壓路機，簡化工作流程，在高溫狀態(tài)下將橡膠瀝青混合材料碾壓密實。其次，在鋪設(shè)過程中使用橡膠瀝青混合材料進行施工時，在密封的條件下進行，這樣能保證瀝青鋪設(shè)能達到理想的效果，且密實度非常高，屬于一種無核的密實操作，具有可行性和科學(xué)性。最后，該路段路面經(jīng)過CAVF試驗之后，在瀝青鋪設(shè)時，使用科學(xué)的原材料配合比例，根據(jù)單位觀察發(fā)現(xiàn)，在瀝青路面施工階段，道路路面并為發(fā)生路面病害，表明試驗結(jié)果非常成功，兩種不同結(jié)構(gòu)類型的瀝青路面設(shè)計均能滿足路面施工質(zhì)量要求，其結(jié)構(gòu)性能和衰減對比仍需要進一步觀察。

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