橡膠瀝青碎石封層路用性能研究

夏永勝

（寧遠縣公路建設(shè)養(yǎng)護中心，湖南 永州 425600）

0 引言

近年來，由于交通量的增大、超載、渠化不合理等原因[1]，路面越來越多地出現(xiàn)了早期病害，路面養(yǎng)護迫在眉睫。橡膠瀝青碎石封層由于具有優(yōu)良的路用性能以及經(jīng)濟、環(huán)保等特點，在瀝青路面的養(yǎng)護中有著廣泛的應(yīng)用。研究表明，瀝青碎石封層用于舊道路的改建時可以減少路面反射裂縫的發(fā)生，并提高路面水穩(wěn)定性和承載能力[2]。

橡膠瀝青碎石封層作為一種簡單易行的養(yǎng)護方式，越來越多地被應(yīng)用于道路養(yǎng)護當中[3]。由于目前關(guān)于橡膠碎石封層的研究多面向組成材料的性能、施工方法、施工質(zhì)量檢測方法和評價指標等，故本文主要對其在公路養(yǎng)護中的路用性能進行研究。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

本項目碎石選用硬度高、耐磨性好的福建福鼎市產(chǎn)的玄武巖，技術(shù)指標檢測結(jié)果見表1；瀝青采用克拉瑪依90＃基質(zhì)瀝青改性的橡膠改性瀝青，技術(shù)指標如表2。

表1 碎石技術(shù)指標檢測結(jié)果

表2 橡膠改性瀝青與基質(zhì)瀝青技術(shù)指標

2.2 試件制備與試驗方法

本文主要對橡膠瀝青碎石封層路用性能中的低溫、高溫、抗滑性能展開研究。

2.2.1 低溫黏結(jié)性能試驗

低溫黏結(jié)性試驗時，將準備好的橡膠瀝青倒在鋼板上40g，然后將鋼板放入105±5℃的烘箱中保溫，等待瀝青均勻分布于鋼板上后取出鋼板，迅速將100g碎石均勻布撒在鋼板上，再將其放入60℃烘箱中養(yǎng)護5h。在測定-18℃的黏結(jié)性時將其放入-18℃冰箱中，養(yǎng)護12h；測定25℃時的黏結(jié)性需在環(huán)境箱中養(yǎng)護3h，并以垂落顆粒數(shù)作為評價指標。同時，試驗采用SBS改性瀝青與橡膠瀝青作為對比，探究橡膠瀝青碎石封層的低溫黏結(jié)性能。

2.2.2 抗磨耗性能試驗

評價罩面層、封層材料的抗磨耗性能，目前采用的方法主要是室內(nèi)稀漿混合料濕輪磨耗試驗，試驗時磨耗頭轉(zhuǎn)動300±2s時停止試驗，然后由如下公式計算混合料的磨耗值（WTAT）：

式中：ma、mb——分別為磨耗前、后試件質(zhì)量，g；

A——磨耗頭截面面積。

本研究以12kg/m2的碎石灑布量，以1.5kg/m2、1.8kg/m2、2.1kg/m2、2.4kg/m2、2.74kg/m2的瀝青灑布量測定25℃、45℃下混合料的抗磨耗性能。

2.2.3 小型加速加載試驗

采用MMLS3型加速加載設(shè)備進行試驗，在SMA-13車轍試件表面鋪灑橡膠瀝青碎石封層，鋪上一層膠皮后，采用車轍成型儀進行壓實，并切割成如圖1尺寸大小試件進行試驗。加載速率采用7200次/h，溫度為45℃，以2.1kg/m2的瀝青灑布量測定，觀察試件構(gòu)造深度和車轍深度的情況。

圖1 小型加速加載試件尺寸

3 試驗結(jié)果分析

3.1 低溫黏結(jié)性試驗

測定-18℃和25℃下的橡膠瀝青與碎石的黏附性，評價橡膠瀝青碎石封層的低溫黏附性，試驗結(jié)果分析見圖2、圖3。

圖2 -18℃黏附性檢測結(jié)果

圖3 25℃黏附性檢測結(jié)果

根據(jù)圖2、圖3可以看出，橡膠瀝青與碎石的低溫黏結(jié)性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青與碎石的黏結(jié)性，具體分析如下：

（1）在-18℃時，垂落1次和10次時，橡膠瀝青碎石封層的碎石掉落顆粒數(shù)為33粒和48粒，而SBS改性瀝青黏結(jié)的碎石黏結(jié)掉落顆粒數(shù)為41粒和78粒，由此可見，隨著垂落次數(shù)的增加，SBS改性瀝青黏結(jié)的碎石與橡膠瀝青黏結(jié)的碎石相比，不僅脫落數(shù)量更多，脫落數(shù)量的變化幅度也更大。

（2）在25℃時，改性瀝青黏結(jié)的碎石在40次垂落之前的振落百分率為0，在垂落100次時振落顆粒數(shù)僅為3粒；而SBS改性瀝青黏結(jié)的碎石在垂落2次時就開始出現(xiàn)脫落，當垂落次數(shù)增至20次時，掉落顆粒數(shù)達到11粒。

綜上所述，橡膠瀝青與碎石的黏結(jié)性無論是在-18℃還是25℃時，橡膠改性瀝青碎石封層具有較好的低溫黏結(jié)性能。但隨著溫度的降低，橡膠瀝青與碎石的黏結(jié)性能會逐漸變差，這是由于低溫條件下瀝青會變得脆硬，與碎石的黏結(jié)性能也隨之變差，故而隨著溫度降低剝落的顆粒數(shù)逐漸增多。

3.2 抗磨耗性試驗

測定不同溫度和不同橡膠瀝青灑布量時，橡膠瀝青碎石封層的質(zhì)量損失率，研究溫度和灑布量對橡膠瀝青碎石封層質(zhì)量損失的影響，試驗結(jié)果分析如圖4所示。

圖4 抗磨耗性試驗結(jié)果

根據(jù)抗磨耗性檢測結(jié)果可知，同一溫度下，灑布量越大，質(zhì)量損失越小，這是由于隨著灑布量的增大，碎石表面可以包裹更多的瀝青，從而使得碎石與橡膠瀝青能夠更好地黏結(jié)；在同一灑布量下，溫度越高，質(zhì)量損失率也越大，這是由于在高溫下，瀝青碎石封層會受到剪力作用，從而產(chǎn)生掉粒。根據(jù)試驗結(jié)果可知，1.5～3.0kg/m2的灑布量范圍內(nèi)，25℃時濕輪磨耗質(zhì)量損失率最大為11%，45℃時的質(zhì)量損失率最大為17.9%，對比現(xiàn)有的研究可知[4]，同試驗條件下，SBS改性瀝青碎石封層材料的質(zhì)量損失率分別為25℃時的15%和45℃時的28%，因此，橡膠瀝青碎石材料作為路面封層材料，具有良好的抗磨耗性能。此外，當橡膠瀝青灑布量大于2.0kg/m2后，質(zhì)量損失率變化較小，因此，建議在施工時橡膠瀝青灑布量至少應(yīng)在2.0kg/m2以上。

3.3 小型加速加載試驗

本文選用手工鋪砂法，以構(gòu)造深度評價橡膠瀝青碎石封層的抗滑性能，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 構(gòu)造深度隨加載次數(shù)變化關(guān)系

（1）由圖5可知，隨著碾壓次數(shù)的增加，橡膠瀝青碎石封層的構(gòu)造深度也在不斷減小，在碾壓70000次時，構(gòu)造深度降低至0.68mm。這是因為在行車荷載的不斷碾壓下，碎石表面逐漸被磨平，從而使得碎石的棱角性不斷變小，構(gòu)造深度逐漸降低。在碾壓70000次前后，橡膠瀝青碎石封層的構(gòu)造深度，均大于新建公路路面在最大降雨量時構(gòu)造深度為0.55mm的要求，由此可以說明，橡膠瀝青碎石封層具有較好的抗滑性能。

（2）根據(jù)文獻[5]對橡膠瀝青CAPE封層的抗滑性實驗結(jié)果，對比本研究試驗結(jié)果可知，在未經(jīng)碾壓時，橡膠瀝青碎石封層的構(gòu)造深度大于橡膠瀝青CAPE封層采用小粒徑（4.75～9.5mm）碎石時的構(gòu)造深度，略小于橡膠瀝青CAPE封層采用大粒徑下碎石（9.5～13.2mm）時的構(gòu)造深度，與橡膠瀝青CAPE封層的構(gòu)造深度試驗結(jié)果相接近，這是因為隨著碎石粒徑的增大，橡膠瀝青碎石/CAPE封層的構(gòu)造深度也會不斷增大，因此采用9.5～13.2mm碎石的橡膠瀝青CAPE封層較橡膠瀝青碎石封層的構(gòu)造深度差異較小。

4 結(jié)束語

本文以橡膠瀝青碎石封層為研究對象，通過室內(nèi)試驗的方法對其路用性能進行探究，得到如下結(jié)論：

（1）通過在-18℃和25℃條件下，對SBS改性瀝青與碎石黏結(jié)材料、橡膠瀝青與碎石黏結(jié)材料的低溫黏結(jié)性試驗對比分析可知，同溫度下，橡膠瀝青碎石黏結(jié)材料在經(jīng)過垂落后脫落的顆粒數(shù)更少，即橡膠瀝青碎石材料的低溫黏結(jié)性優(yōu)于SBS改性瀝青材料。

（2）以1.5kg/m2、1.8kg/m2、2.1kg/m2、2.4kg/m2、2.74kg/m2的瀝青灑布量，在25℃、45℃下的磨耗試驗結(jié)果表明，溫度越高，試驗后質(zhì)量損失率越大，橡膠瀝青灑布量越大，試驗后質(zhì)量損失率越小，當橡膠瀝青灑布量大于2.0kg/m2后，質(zhì)量損失率變化較小。

（3）小型加速加載試驗前，橡膠瀝青碎石封層的構(gòu)造深度與橡膠瀝青CAPE封層的構(gòu)造深度接近，為0.78mm，在碾壓70000次之后的構(gòu)造深度有所下降，但仍滿足路面抗滑性要求。