SRX路用聚合物基層材料未來(lái)對(duì)我國(guó)道路的影響研究

文/林景露

1 我國(guó)道路發(fā)展及半剛性基層應(yīng)用特點(diǎn)

20世紀(jì)末，我國(guó)對(duì)半剛性基層交通道路瀝青路面及表層抗滑技術(shù)的研究頗有成效，以水泥穩(wěn)定基層和石灰粉煤灰穩(wěn)定基層為主的半剛性基層瀝青路面成為我國(guó)道路包括高速公路在內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)形式，但隨著我國(guó)道路的發(fā)展以及交通量的不斷增長(zhǎng)、氣候條件的不斷變化，公路半剛性基層易開(kāi)裂、收縮大等問(wèn)題一直沒(méi)得到解決。

半剛性基層作為我國(guó)應(yīng)用最廣泛的道路結(jié)構(gòu)，它剛度高，適合作承重基層；相較柔性基層，其在未開(kāi)裂之前具有較高強(qiáng)度，承載力符合交通需求，且能很好地?cái)U(kuò)散傳遞荷載至路基。但半剛性基層由于剛度比較大，它在溫度、濕度、交通荷載等外界因素的作用下，容易開(kāi)裂產(chǎn)生裂紋、裂縫處唧漿，水泥穩(wěn)定碎石脫落、松散、路面結(jié)構(gòu)承載力下降，出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽、沉陷等路面損害。半剛性基層開(kāi)裂出現(xiàn)道路損害后，進(jìn)行“罩面”“補(bǔ)強(qiáng)”施工不能達(dá)到比較好的效果，最優(yōu)辦法就是挖除重建，然而這就直接將給公路養(yǎng)護(hù)造成了成本上的大幅度提高和技術(shù)上的困難，而且維修養(yǎng)護(hù)期間造成的交通堵塞也給人們出行造成了不便[1]。

2 路用聚合物基層材料（SRX）的誕生

國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)很少采用半剛性基層瀝青路面這種結(jié)構(gòu)，尤其是重交通量的道路，且他們并不是將半剛性基層作為道路的主要承重層，而是用在路基承載力不足的地方，主要起加固路基的作用。在國(guó)外瀝青面道路的承重層不僅包括基層，而是更主要依靠瀝青層。通過(guò)采用較厚瀝青層的柔性路面，來(lái)降低傳統(tǒng)的瀝青層底的開(kāi)裂和避免結(jié)構(gòu)性車(chē)轍。

國(guó)際珞美克斯（Romix）公司的科研人員經(jīng)過(guò)數(shù)千次的試驗(yàn)室試驗(yàn)和道路應(yīng)用試驗(yàn)測(cè)試，成功地合成了一系列非石油衍生品的有機(jī)高分子聚合物材料。SRX 聚合物材料是最先發(fā)明的系列路用聚合材料之源。這種路用聚合物材料是人工合成的、水基、冷拌的、有機(jī)乳液，比重1.05 易與水混合，是一種很好的路用膠水。路用聚合物材料通過(guò)較高的膠結(jié)料黏結(jié)強(qiáng)度和顯著的抗疲勞性，使得薄瀝青層（磨耗層）+聚合物穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)達(dá)到類(lèi)似全厚式瀝青結(jié)構(gòu)的效果，解決了以往瀝青層+厚粒料基層結(jié)構(gòu)因拉應(yīng)變出現(xiàn)龜裂車(chē)轍等各種路面損害問(wèn)題。

3 路用聚合物基層材料（SRX）特點(diǎn)

聚合物SRX 的路用施工作用機(jī)理：利用多種添加劑和多種特殊高分子樹(shù)脂材料，以一定比例混合而成的水溶性深棕色特殊膠黏共聚物溶液，施工中用它取代水泥等傳統(tǒng)膠結(jié)材料拌制土石等穩(wěn)定材料，它以水為傳導(dǎo)介質(zhì)迅速均勻分散到材料表面，經(jīng)過(guò)壓實(shí)和水分的消散揮發(fā)，在土石固體顆粒表面形成有機(jī)粘膜能很好地將筑路材料粘結(jié)成整體。SRX 膠結(jié)過(guò)程是失水的過(guò)程，材料干燥膠結(jié)后有著很好的防水性，且碾壓越密實(shí)膠結(jié)力越強(qiáng)、強(qiáng)度越高，故通過(guò)良好地壓實(shí)嵌擠可以形成強(qiáng)度高、韌性足、抗干縮溫縮能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)層?，F(xiàn)場(chǎng)鋪筑時(shí)，SRX 一般按質(zhì)量添加0.5%與一定級(jí)配比例的碎石混合成聚合物穩(wěn)定碎石作為瀝青路面下的基層，形成彈而韌的長(zhǎng)壽命柔性基層，其應(yīng)用特點(diǎn)主要如下：

3.1 節(jié)能環(huán)保性

SRX 聚合物材料是一種不燃燒、不腐蝕、無(wú)毒、無(wú)刺激、不含有毒重金屬、對(duì)水源和土壤環(huán)境無(wú)不良影響，且對(duì)人、畜無(wú)害的環(huán)保材料，現(xiàn)場(chǎng)施工鋪筑無(wú)須加溫加熱，也不需灑水養(yǎng)生，有效降低了能源消耗，是一種低碳節(jié)能環(huán)保的理想筑路材料，部分國(guó)家已將SRX 的衍生材料應(yīng)用到人們飲用水水渠的防水層鋪筑施工中[2]。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

對(duì)于相同等級(jí)的公路，采用常規(guī)半剛性基層與SRX 路用穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)相比，后者造價(jià)比前者降低10%左右，且從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，添加SRX 聚合物的穩(wěn)定碎石基層能有效縮短工程工期，延長(zhǎng)道路使用壽命，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.3 優(yōu)良的路用性能（SRX 聚合物穩(wěn)定碎石中SRX 原液添加量均按0.5%計(jì)）

3.3.1 承載力高

SRX 聚合物穩(wěn)定碎石的承載能力強(qiáng)，其承載比高出標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配碎石的承載比的2～3 倍，使得結(jié)構(gòu)層整體強(qiáng)度顯著提升。[在2017年9月1日實(shí)施執(zhí)行的最新標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2017）中，明確了柔性粒料基層采用加州承載比CBR 值進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢測(cè)結(jié)構(gòu)承載能力]

3.3.2 SRX 混合料存放時(shí)間長(zhǎng)

SRX 混合料在保持水分的情況下可以在3 天內(nèi)正常使用，3 天后只需添加到新拌的SRX 和水的混合料中攪拌均勻即可使用。

3.3.3 常溫養(yǎng)生

SRX 聚合物穩(wěn)定材料膠結(jié)強(qiáng)度的提高，是一個(gè)失水的過(guò)程。結(jié)構(gòu)層經(jīng)過(guò)良好的壓實(shí)擠密、水分揮發(fā)材料干燥后，即可形成高強(qiáng)度高韌性的結(jié)構(gòu)層，無(wú)須進(jìn)行特別的養(yǎng)生工序。一般情況下，壓實(shí)后12h 即可開(kāi)放交通，若是日照充足，水分揮發(fā)快，壓實(shí)后即可開(kāi)放輕交通[3]。

3.3.4 有效抑制結(jié)構(gòu)層裂縫

SRX 材料的作用機(jī)理能將混合料粘結(jié)成強(qiáng)而韌的柔性穩(wěn)定層，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在-20～30℃溫度區(qū)間SRX 聚合物碎石的溫縮系數(shù)為2.49～4.73×10-6之間，相較水泥穩(wěn)定類(lèi)溫縮系數(shù)8～13×10-6之間變形極微??；SRX 穩(wěn)定碎石試件經(jīng)50℃養(yǎng)生6 天，水浴4 天后，其干縮系數(shù)在0.755～1.216×10-6之間，相比水泥穩(wěn)定類(lèi)干縮系數(shù)一般介于1.91～6.49×10-6，聚合物SRX 穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料具有良好的抗失水收縮性能。鑒于此，其優(yōu)越的抗干縮和溫縮性能，能有效降低傳統(tǒng)半剛性基層因溫縮和干縮而導(dǎo)致路面反射裂縫帶來(lái)的路面損害。

3.3.5 SRX 水穩(wěn)定性好

SRX 一旦壓實(shí)干燥成型，就會(huì)具有良好的閉水性防水性，抗水損害能力強(qiáng)，有效避免了路面翻漿、坑槽、磨耗松散等危害。

3.3.6 優(yōu)良的抗車(chē)轍性能

有別于熱塑性瀝青材料，SRX 聚合物材料為熱固性材料，高溫不變軟，SRX 穩(wěn)定碎石動(dòng)穩(wěn)定度約DS（ 次/mm）30000，而瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度DS（次/mm）＞3000，故SRX 穩(wěn)定碎石高溫穩(wěn)定度明顯優(yōu)于瀝青混凝土。另外，其具備一定的強(qiáng)度和韌性的特性，有效避免了路面高溫產(chǎn)生車(chē)轍的危害。

4 驗(yàn)證SRX 穩(wěn)定碎石試驗(yàn)性能檢測(cè)（承載力值CBR 試驗(yàn)）

4.1 原材料準(zhǔn)備與檢測(cè)（碎石、石屑及聚合物原液）

4.1.1 制備粒徑不同的碎石31.5～19mm、19～9.5mm、9.5～4.75mm 三檔，石屑0～4.75mm，各擋摻配比例依次為18%∶26%∶16%∶40%。通過(guò)室內(nèi)原材試驗(yàn)，測(cè)得粗集料壓碎值為17.9%，針片狀為8.3%，石屑液限23.5%，塑性指數(shù)為3.9，粗細(xì)集料合成級(jí)配曲線及各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南中關(guān)于基層級(jí)配指標(biāo)控制要求。

4.1.2 SRX 原液，質(zhì)量保證書(shū)中各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

4.2 確定最大干密度和最佳含水量

依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430-2020）中重型擊實(shí)試驗(yàn)的方法測(cè)定混合集料（此時(shí)不加SRX 聚合物）的最大干密度為2.24g/cm3和最佳含水量5%。

4.3 CBR 承載試驗(yàn)

根據(jù)確定好的最佳含水量制備集料試樣，并添加集料質(zhì)量0.5%聚合物原液，制備試驗(yàn)壓實(shí)度取重型擊實(shí)試驗(yàn)最大干密度98%。稱(chēng)取相應(yīng)樣品質(zhì)量分三次進(jìn)行壓密，壓實(shí)后帶模置50℃烤箱烘烤6 天，再浸水4天，依據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430-2020）中T0134-2019 承載比試驗(yàn)的方法測(cè)定樣品的CBR 值。

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定摻0.5%聚合物穩(wěn)定碎石最大干密度為2.3g/cm3和最佳含水量5.2%，CBR 值可達(dá)到379.8%，遠(yuǎn)大于級(jí)配碎石183.8%。該聚合物穩(wěn)定材料強(qiáng)度大幅度提升，其強(qiáng)而韌的特點(diǎn)是半剛性基層無(wú)法比擬的。

5 目前SRX 系列產(chǎn)品應(yīng)用情況

SRX 聚合物材料由于其優(yōu)越的耐腐蝕、耐酸堿性能，可以穩(wěn)定各種酸、堿性材料，廣泛應(yīng)用于鹽堿地區(qū)，另外其還能用于舊路銑刨破碎料、混凝土建筑垃圾等舊料的綜合再生利用領(lǐng)域。

在我國(guó)，SRX 系列聚合物材料主要應(yīng)用于公路和市政道路建設(shè)方面，近年來(lái)陸陸續(xù)續(xù)在北京市、四川省、遼寧省、江蘇省、浙江省等地進(jìn)行了推廣應(yīng)用。其中，在2009年四川的S211 省道、2011年安徽省泗許高速亳州段、2020年云南省德宏州騰隴高速等推廣應(yīng)用的SRX 系列聚合物穩(wěn)定材料施工技術(shù)皆頗有成效。

6 結(jié)語(yǔ)

路用聚合物優(yōu)良的材料特性和便捷的施工技術(shù)得到了交通運(yùn)輸部科技司及各省交通公路科學(xué)研究院高度重視，我國(guó)科研工作者和筑路者在對(duì)SRX 路用聚合物材料與我國(guó)道路設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用、施工技術(shù)、施工管理等各方面進(jìn)行研究。相信在不久的將來(lái)，能研究出一套適合我國(guó)道路施工現(xiàn)狀的新型SRX 路用聚合物材料的應(yīng)用配套技術(shù)，為國(guó)家建造出性?xún)r(jià)比更優(yōu)越、更環(huán)保、更快捷且使用周期更長(zhǎng)的道路。