市政重載交通瀝青路面上面層的選擇研究

摘要 以鄭州四環(huán)線快速化工程為例，為科學選擇重載交通下瀝青道路表面層最佳材料，通過對五種瀝青混合料分別進行高溫穩(wěn)定性檢驗、低溫彎曲檢驗、水穩(wěn)定性檢驗、抗?jié)B性及表面抗滑性檢驗等路用性能試驗，試驗結果表明：基質瀝青為SBS橡膠瀝青的瀝青混合料，其路用性能普遍比一般基質瀝青要高很多;摻加PR改性劑的SBS復合改性瀝青混合料，可提高SBS復合改性瀝青混合料的路用性能;摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）具有很好的路用性能，推薦作為瀝青路面結構的上面層。

關鍵詞 科學選擇;重載交通;瀝青路面;路用性能試驗

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0144-03

引言

在新時代發(fā)展下，社會對環(huán)境和資源提出更高的要求。橡膠瀝青利用廢舊輪胎膠粉作為原材料，“變廢為寶”，不僅減少了廢舊輪胎對環(huán)境的影響，而且使資源循環(huán)利用，節(jié)約建設、養(yǎng)護成本。橡膠瀝青材料同時也可改善瀝青路面的使用性能。目前城市道路重載交通下瀝青路面的上面層常用的有：細粒式改性瀝青混凝土AC系列、改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA系列。橡膠瀝青在城市道路中大規(guī)模應用，還是比較少見，基本上都是以試驗段為主。為積極響應資源循環(huán)利用，在市政道路上大規(guī)模推廣橡膠瀝青，就對橡膠瀝青混合料與常用的細粒式改性瀝青混凝土AC系列、改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA系列進行路用性能對比，其研究成果可為其他類似項目提供經驗借鑒。

1 工程概況

鄭州市四環(huán)線及大河路快速化工程全長約93 km，是目前我國一次性建成規(guī)模最大的單體市政項目，由大河路、東四環(huán)、南四環(huán)及西四環(huán)組成閉合環(huán)線。全線瀝青鋪裝總面積達924.4萬m2，規(guī)模之大，前所未有。該工程地面道路為過境路，通大車、重車，交通量為重載交通，且考慮鄭州地區(qū)夏季炎熱、冬季寒冷，結合道路全壽命周期理念，為建設高質量品質道路，引領區(qū)域路面材料改革創(chuàng)新，對路面材料提出更高的要求。對此，重載交通下，城市道路瀝青面層材料的研究，非常迫切，且非常有實用意義。

2 生產配合比

一般瀝青混合料的基質瀝青選用70#A級瀝青;SBS改性劑與70#A級基質瀝青按比例制作成SBS改性瀝青（SBS含量3.5%）;橡膠粉與SBS改性瀝青按比例制作成SBS橡膠復合改性瀝青（橡膠粉含量20%）。

選取五種瀝青混合料上面層，根據《橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南》[1]《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[2]的技術要求，分別進行配合比設計，采用馬歇爾試驗方法，對五種瀝青混合料分別進行高溫穩(wěn)定性檢驗、低溫彎曲檢驗、水穩(wěn)定性檢驗、抗?jié)B性及表面抗滑性檢驗等路用性能試驗。

五種瀝青混合料上面層分別選為：①SBS改性ARHM13（W）;②SBS改性SMA-13;③SBS改性瀝青AC-13;④摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）;⑤摻加木質素纖維的SBS復合改性ARHM13（W）。瀝青混合料①、②、③主要是對比橡膠瀝青和常見普通的瀝青上面層性能;瀝青混合料④、⑤主要是對比與未添加改性劑橡膠瀝青性能。

為方便瀝青混合料試驗分類測試，對五種瀝青混合料進行統一編號，見表1，瀝青混合料生產配合比見表2。

3 瀝青混合料試驗性能

3.1 高溫穩(wěn)定性檢驗

動穩(wěn)定度是衡量瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要指標。動穩(wěn)定度越大，瀝青混合料的高溫抗車轍能力越強，高溫穩(wěn)定性就越好。按照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[2]的規(guī)定要求，動穩(wěn)定度指標是由車轍試驗獲得。在最佳油石比成型瀝青混合料試件上，對五種瀝青混合料進行車轍試驗，檢驗其高溫穩(wěn)定性。

從圖1可以看出，五種瀝青混合料動穩(wěn)定度都滿足規(guī)范技術要求（≥3 000），五種瀝青混合料動穩(wěn)定度排序為：D>B>E>A>C，即摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性最好;SBS改性ARHM13（W）、SBS改性SMA-13、摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）差不多都在6 000次·mm-1左右，說明摻加木質素纖維對SBS復合改性ARHM13（W）的高溫穩(wěn)定性提升有限，但都比一般的SBS改性瀝青AC-13要高得多，側面也說明橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于一般的SBS改性瀝青。這主要是由于廢膠粉摻入到基質瀝青后，發(fā)生了復雜的物理溶脹、化學改性反應，特別是摻加改性劑的橡膠復合改性瀝青與外界的熱量交換最少，受外界溫度變化不敏感[3]。因此摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性最好。

3.2 低溫彎曲檢驗

瀝青混合料的低溫性能主要由低溫彎曲試驗來檢驗，破壞彎曲應變值越大，說明低溫性能越好，抵抗低溫變形及松弛能力就越強。五種瀝青混合料根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[4]中的低溫彎曲試驗規(guī)定，制成標準彎曲梁試件（250 mm×30 mm×35 mm），在?10 ℃條件下，測定其五種瀝青混合料的破壞應變。試驗結果見圖2。

五種瀝青混合料彎曲應變值都滿足規(guī)范技術要求（≥2 500），五種瀝青混合料彎曲應變值排序為：D>A>B>C>E，即摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的低溫抗裂性最好;SBS改性ARHM13（W）低溫性能略高于SBS改性SMA-13瀝青混合料，且兩者都比一般的SBS改性瀝青AC-13要高，這是由于橡膠粉和SBS改性瀝青溶劑具有良好的界面相容性，橡膠粉獨特的化學交聯網絡結構和SBS物理交聯網絡結構的互相協同和補充，極大地改善了一般改性瀝青的低溫性能[5]。摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）降低了瀝青混合料的低溫性能，說明在寒冬地區(qū)，摻加木質素纖維不宜適用。

3.3 水穩(wěn)定性檢驗

目前很多道路都是因為水毀，造成路面壽命大大縮減，且目前城市為了治理揚塵，常常用灑水車對路面進行灑水，也不同程度地加快了瀝青面層的水毀速度。所以水穩(wěn)定性對瀝青路面的壽命至關重要。瀝青混合料水穩(wěn)定性的檢驗主要是采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗。對五種瀝青混合料分別進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗結果見圖3、圖4。

從試驗結果中可以看出，五種瀝青混合料的水穩(wěn)定性都比較好，殘留穩(wěn)定度（規(guī)范要求≥85）和凍融劈裂強度比（規(guī)范要求≥80）都滿足規(guī)范要求，其中，殘留穩(wěn)定度：E>D>A>B>C，摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）最高，且能看出基質瀝青為SBS橡膠瀝青的，都比較高，殘留穩(wěn)定度都在90%以上;凍融劈裂強度比：D>A>E>B>C，從數據可以看出，摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）的凍融劈裂強度比最大，且比純粹的SBS改性ARHM13（W）提升很大，PR的摻加，大大增強了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，增強了其抗水毀能力。

3.4 其他試驗

（1）對車轍試件進行室內滲水試驗：從圖5可看出：五種瀝青混合料的滲水系數都滿足規(guī)范要求，可以看出橡膠瀝青作為基質瀝青，滲水系數要比普通的基質瀝青要低。滲水系數D

（2）根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[4]，對五種瀝青混合料進行瀝青表面構造深度試驗。從圖6可看出：五種瀝青混合料的表面構造深度都滿足規(guī)范要求，構造深度D>E>A>B>C。摻加PR或木質素纖維改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）與普通瀝青混合料相比，外摻加劑增強了瀝青混合料的抗滑性能。而且可以看出基質瀝青為SBS橡膠瀝青的，構造深度比一般的瀝青構造深度要高，側面說明橡膠瀝青作為基質瀝青的瀝青混合料，具有很好的抗滑性能。

4 結論

（1）基質瀝青為SBS橡膠瀝青的瀝青混合料，其高溫穩(wěn)定性能、低溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能普遍比一般基質瀝青要高很多;

（2）摻加PR改性劑的SBS復合改性瀝青混合料，可提高SBS復合改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能;

（3）摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）具有很好的高溫穩(wěn)定性能、低溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能，考慮到鄭州地區(qū)，冬冷夏熱，且四環(huán)線屬于重交通量荷載道路，推薦采用摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）作為瀝青路面結構的上面層，提升道路品質，延長道路壽命。

參考文獻

[1]交通部公路科學研究院. 橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2009： 48-52.

[2]公路瀝青路面施工技術規(guī)范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.

[3]孫建剛. 廢膠粉改性瀝青的性能及機理研究[D]. 武漢：武漢科技大學， 2014.

[4]公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程： JTG E20—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[5]卜瑞娜. 橡膠改性瀝青性能與應用研究[D]. 重慶：重慶交通大學， 2020.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：王偉國（1987—），男，碩士，工程師，研究方向：道路工程。