橡膠瀝青應力吸收層在城市新建道路中的應用研究

江智勇，潘思祎

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川成都 610000）

0 引 言

瀝青路面半剛性基層，由于具有較高的強度和承載能力，被廣泛用于道路結構，但其存在一些早期病害，如反射裂縫等[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)新建道路投入使用1~2 a 內(nèi)均出現(xiàn)大量裂隙，根據(jù)鉆芯取樣試驗結果，大部分的道路裂縫都為半剛性基層引起的反射裂縫，且與氣候相關性不大。反射裂縫存在，一定程度上降低路面結構強度，進而加速路面彎曲破壞[3-4]，并且可能引起路面的其他類型病害[5]。我國地域跨度較大，自然環(huán)境變化復雜多變[6-7]，但路面結構形式與材料配比設計基本不變[8]，其路面質量主要與材料、設計、施工技術、管理等因素有關，由于半剛性基層材料為水硬性材料，其物理化學反應持續(xù)較長時間，基層強度和剛度隨齡期增長而不斷增強，表現(xiàn)出較強溫度和濕度敏感性[9-10]，若施工條件較差，可能引起干縮和溫縮，半剛性基層與上下層之間的磨阻作用減緩其收縮變形，從而形成拉應力，可能會導致斷裂，產(chǎn)生缺陷。在水—力—溫度耦合作用下，易產(chǎn)生應力集中，導致裂紋逐漸萌生擴展，發(fā)展成為貫通裂縫，導致路面裂縫的產(chǎn)生，常被稱為反射裂縫[11-13]。路面反射裂縫的產(chǎn)生也與其結構形式單元有關[14]。因此，在瀝青路面結構設計中，采用新技術、新方法、新工藝，提高瀝青混合料路用性能，對降低道路建設和養(yǎng)護成本、延長使用壽命具有重要意義[15-16]。

本文通過研究橡膠瀝青應力吸收層的路用性能，并將其應用于城市新建道路工程，對其施工工藝、質量控制進行重點分析，討論其在城市新建道路中的應用。

1 橡膠瀝青應力吸收層路用性能

1.1 疲勞性能

圖1 為試樣示意圖與小梁試件，應力吸收層厚為1 cm，應力吸收層下為1 cm 瀝青混合料，其上為3 cm瀝青混合料，裂縫寬度為0.5 cm。試驗溫度15℃，加載為應變控制，控制應變?yōu)?50 με，取10 萬次荷載作用下的勁度模量占初始模量百分比作為評價指標（若抗疲勞性能較強，則勁度模量取初始勁度的50%時的次數(shù)）。

圖1 試樣結構示意圖與試樣

根據(jù)試驗結果，小梁試件的殘留勁度百分比為69.4%。

1.2 剪切性能

剪切試驗試樣尺寸為φ 150 mm×105 mm 的圓柱體，采取現(xiàn)場鉆芯，并將其切割成標準試件，在其頂面（不涂透層）設橡膠瀝青應力吸收層，然后在上面碾壓瀝青混合料，厚度為50 mm，試件成型按厚度控制在10.5 cm，經(jīng)過一定時間養(yǎng)生，并進行剪切試驗。試驗加載速率為50 mm/min，試驗溫度分別為30℃。

根據(jù)試驗結果，試樣的抗剪強度為0.78 MPa，破壞時位移達到1.19 mm，其抗變形能力較強。

1.3 拉拔性能

拉拔試驗試樣為φ 52 mm×90 mm 圓柱體，其中水泥穩(wěn)定碎石基層厚度40 mm，瀝青面層厚度40 mm，試件成型后用環(huán)氧樹脂將接頭粘牢，24 h 后進行試驗，試驗溫度為30℃，加載速率為10 mm/min。

由表1 可知，膠結料用量為1.8 kg/m2時，試樣平均拉拔強度為0.34 MPa，膠結料用量為2.4 kg/m2時平均拉拔強度為0.35 MPa，膠結料用量為3.0 kg/m2的平均拉拔強度為0.37 MPa。隨著橡膠瀝青灑布量的增加，其拉拔強度呈增大的趨勢，其抗變形能力逐漸增強，一定程度上延緩反射裂縫的擴展。

表1 拉拔試驗結果

1.4 低溫抗裂性能

通過將輪碾法成型的板塊切割成250 mm×30 mm×35 mm 的棱柱體，并將其置于恒溫水槽（-10℃）中45 min 以上，調(diào)整支座支點間距為200 mm±0.5 mm，加載速率以50 mm/min。

根據(jù)試驗結果，試件的最大彎拉破壞應變?yōu)? 242.71 με，彎曲勁度模量為 2 379.12 MPa，斷裂能為1.17J；具有較好的低溫抗裂性能。

2 橡膠瀝青應力吸收層工程應用

將橡膠瀝青應力吸收層某城市新建道路工程，以抑制或減緩路面反射裂縫的產(chǎn)生，并對其施工工藝進行分析，控制其施工過程質量，并觀察其長期的使用效果。

2.1 原材料

本次道路新建工程橡膠瀝青應力吸收層所用基質瀝青為70#道路石油瀝青，其性能見表2。粗集料采用質地堅硬、干凈清潔，其技術性能見表3。橡膠粉無雜質，纖維含量應低于0.5%，含有4%的碳酸鈣，防止其產(chǎn)生粘結。集料石質堅硬、清潔，圖2 為基質瀝青、粗集料和橡膠粉。

圖2 基質瀝青、粗集料和橡膠粉

2.2 橡膠瀝青應力吸收層施工

2.2.1 橡膠瀝青制備

先將70# 道路石油瀝青加熱到150℃~160℃，泵送至溶脹灌，同時加熱到190℃~200℃，待溫度穩(wěn)定后，再加入30 目橡膠粉，使其與基質瀝青高速攪拌均勻，膠粉在高速攪拌過程中溶脹，攪拌時間為15～20 min，溫度保持在180℃～185℃之間。剪切分散后的橡膠瀝青輸送至反應罐內(nèi)進一步反應，反應溫度185℃～190℃，反應時間30～35 min，完成橡膠瀝青制備。

表2 基質瀝青技術參數(shù)

表3 集料技術參數(shù)

2.2.2 橡膠瀝青應力吸收層施工

（1）施工準備

施工前，應將道路基層的表面清掃干凈，路基表面不得留有浮漿、雜物等。應盡量使基層表面骨料顆粒部分裸露，以便與橡膠瀝青應力吸收層更好的粘結。

橡膠瀝青制備完成，其儲存量能滿足施工要求，粗集料準備充足，施工機械設備（同步碎石封層車、25 t 膠輪壓路機等）準備就緒。

（2）施工

采用同步碎石封層車進行橡膠瀝青應力吸收層的施工（見圖3）。應先將高溫（185℃～190℃）的橡膠瀝青均勻的灑布在清理后的基層上，隨時檢查橡膠瀝青的灑布量，以便及時調(diào)整灑布量。瀝青灑布不足或漏灑，可采取人工進行補灑。

圖3 同步封層車施工

碎石撒布應緊跟橡膠瀝青灑布，以防止橡膠瀝青灑布后，溫度降低過快導致橡膠瀝青與碎石之間的粘結力不足。施工過程中，應隨時檢測碎石撒布量。碎石撒布不足或漏撒，應及時進行人工補灑。

碾壓應在碎石撒布完成后及時進行，采用25 t膠輪壓路機進修碾壓，并與同步碎石封層車保持5 m以內(nèi)（見圖4）。為防止因溫度降低較快導致橡膠瀝青與碎石的粘結力減弱，碾壓應及時進行，否則會降低應力吸收層的施工質量，進一步影響路面的抗裂效果。因此初壓時，橡膠瀝青溫度不低于100℃。

圖4 碾壓

碾壓完畢后，人工清掃應力吸收層表面松散的碎石，避免瀝青面層與其之間的粘結降低，影響路面整體性能。

2.3 橡膠瀝青應力吸收層施工檢測

現(xiàn)場施工檢測主要包含橡膠瀝青及灑布量、粗集料撒布量、外觀檢查以及剎車試驗等。

（1）橡膠瀝青

施工前，制備的橡膠瀝青應滿足技術要求，施工現(xiàn)場以橡膠瀝青針入度、軟化點、回彈模量作為質量控制指標，對原材料進行檢測，其檢測結果見表4，滿足規(guī)范要求。

表4 橡膠瀝青檢測結果

（2）橡膠瀝青灑布量

先測量工程紙的質量和尺寸，再將其放在路基頂面，待同步封層車經(jīng)過后，稱量工程紙的質量，并進行記錄，見圖5。根據(jù)試驗結果，橡膠瀝青的平均灑布量為2.8 kg/m2，滿足要求。

圖5 現(xiàn)場瀝青量檢測

（3）集料撒布量

在碎石撒布車行經(jīng)的路面上預先放好托盤，記錄托盤質量與尺寸，當碎石撒布車經(jīng)過后，測量托盤質量，并記錄，見圖6。集料平均撒布量為12.1 kg/m2，滿足規(guī)范要求。

圖6 碎石撒布量檢測

（4）剎車試驗

應力吸收層施工完成24 h 后，用BZZ-60 標準汽車，以50 km/h 車速行駛過程中進行緊急制動，觀察吸收層的粘結性能，見圖7。由結果可知，試驗后，應力吸收層表面基本完好，未發(fā)生碎石脫落現(xiàn)象，瀝青層也未出現(xiàn)破裂，表明其抗剪切能力較強。

圖7 現(xiàn)場剎車試驗

（5）外觀檢查

施工過程中，隨時進行外觀檢查，見圖8。應使粗集料撒布均勻，無露撒，橡膠瀝青無起皮、油包以及基層外露等，并且與基層的粘結應牢固。

圖8 外觀檢查

2.4 橡膠瀝青應力吸收層應用效果

路面施工完成后，對其施工路段的路面狀況進行觀測，見圖9。發(fā)現(xiàn)通車使用3 a 后，瀝青路面狀況完好，無裂縫出現(xiàn)，表現(xiàn)出較好的防裂效果。

3 結 論

本文基于對橡膠瀝青應力吸收層的路用性能試驗，詳細分析了應力吸收層的疲勞、剪切、拉拔和低溫抗裂性能，在此基礎上，將其應用于某城市新建道路工程，并通過對施工路段進行跟蹤觀測，分析其防止或延緩半剛性基層反射裂縫的可行性。通過室內(nèi)試驗，結合工程現(xiàn)場應用，總結了橡膠瀝青應力吸收層的施工工藝和質量控制重點，為其廣泛應用提供了參考依據(jù)。

圖9 路面裂縫觀測