SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的路用性能分析

王忠浩 武繼雷 滕 婷 商辰曉

（煙臺大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

0 引言

我國交通建設(shè)蓬勃發(fā)展，為國民經(jīng)濟發(fā)展、增強國力和鞏固國防作出了重要貢獻。在所建高等級公路和城市道路中，半剛性基層以具有經(jīng)濟適用性好、大規(guī)模機械施工操作方便、整體性優(yōu)越等優(yōu)點，占比達到90%以上。但半剛性基層也存在諸多缺陷，例如坑槽、唧漿、松散、水損害、車轍等嚴重的路面危害，對道路的整體美觀性與使用耐久性造成極大影響。近年來我國逐漸重視柔性基層瀝青路面的研究，其中SRX（Solution Road Soilfix）聚合物穩(wěn)定劑在碎石基層中得到比較廣泛的應(yīng)用和推廣。

1 SRX聚合物作用機理

聚合物材料SRX是以多種壓力敏感性樹脂、高強抗老化樹脂聚合而成的特殊路用聚合物溶液。SRX不是石油的衍生品，而是針對全厚式瀝青長壽道路專門研制的用于替代瀝青的特殊路用聚合物，其在革新半剛性基層的結(jié)構(gòu)性能以及消減影響耐久度的路面病害方面起著突出作用[1]。

聚合物材料由重復(fù)分子單元的長鏈組成。這些長鏈條相互纏繞形成了大量的塑體。因聚合物鏈的纏繞方向較為隨意，塑體的結(jié)構(gòu)是非晶態(tài)的。非晶態(tài)塑體有較好的抗沖擊強度和韌性。它們不溶于水，但可以加入其它聚合物使其分散在水中。路用聚合物用水作為傳遞手段來潤滑包裹不同粒徑的粒料。在機械壓實作用下聚合物鏈交在一起，隨著壓實度和粘結(jié)度提高，結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定性加強[2]。

綜上所述，SRX以水為傳導(dǎo)媒介，通過有效壓實及合理養(yǎng)生過程，在水分揮發(fā)的基礎(chǔ)上，借助水將該聚合物向柔性基層均勻擴散，憑借基層粒料之間組成的相互嵌擠效果與路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的砂礫等固體顆粒表面間存在的有機黏膜，把各部分基層中的顆粒牢固的粘連成整體，由此形成柔性結(jié)構(gòu)層所特有的既有強度而同時存在韌性的特性。SRX穩(wěn)定碎石強度的組成包括骨料壓實的嵌鎖力、碎石材料自身的強度以及聚合物在水分揮發(fā)后形成的膠結(jié)力[3]。

2 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的路用性能

路面結(jié)構(gòu)主要由面層、基層和基底層構(gòu)成。其中，基層承擔(dān)著路面的承重作用，因此，基層需要具備較高的剛度和強度，同時還需要具備較好的擴散應(yīng)力。雖然基層受外界因素影響較小，但是在路面長期使用過程中，降雨、地下水等的影響，依然會對基層造成侵蝕，這就需要基層能夠有較好的水穩(wěn)定性[4-5]。除此之外，基層也需要有良好的平整度，保證路面整體平整性?；诖?，本文主要從強度、水穩(wěn)定性、滲水特性、收縮性以及抗永久變形能力幾方面對SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的路用性能進行了分析。

2.1 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的強度

SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的強度形成需要具備高溫和風(fēng)力，經(jīng)過陽光照射水分揮發(fā)，同時促進催化劑的揮發(fā)，促使SRX聚合物和碎石形成較強的膠結(jié)強度。該過程是一個失水養(yǎng)生的過程，待SRX聚合物和碎石膠結(jié)后，具有很高的強度，形成穩(wěn)固層，同時還有良好的憎水性。聚合物穩(wěn)定碎石大都采用大粒徑密集配，孔隙率一般在3%-8%。粗集料嵌鎖成骨架，細集料填充空隙，構(gòu)成骨架密實性結(jié)構(gòu)，壓實后有很好的強度。雖然強度略低于無機料穩(wěn)定類材料基層，但具有更好的整體性，易于穩(wěn)定定型。

抗壓強度不僅決定了基層在實際工程中的適用范圍，還對其他重要的力學(xué)性能指標(biāo)具有一定程度上的影響。通過實驗室抗沖刷試驗、保水試驗發(fā)現(xiàn)試件在SRX質(zhì)量分數(shù)較低時（0%-0.75%）干化抗壓強度逐漸增大；SRX穩(wěn)定碎石試件的抗沖刷能力隨摻量的增多而增加[6]。

2.2 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的水穩(wěn)定性

長期以來，我國在進行路面結(jié)構(gòu)下面層的鋪設(shè)時通常采用的是瀝青混合料，而這種材料孔隙率較大。在后期路面使用過程中，很容易因為降雨降雪等，導(dǎo)致路面上的水通過瀝青層透到面層和基層中間位置。隨著長時間水的滲透，水又會通過基層孔隙不斷滲透，導(dǎo)致基層長時間被水侵蝕。在車輛荷載作用下，增大了基層的動水壓力，容易造成基層脫空，對路面車輛行駛安全帶來隱患。

SRX聚合物與級配碎石拌合后，其表面會形成有機膜，并形成牢固的整體，可以產(chǎn)生良好的憎水性，防止水分的侵入，這表明聚合物穩(wěn)定級配碎石基層具有很好的水穩(wěn)定性。

2.3 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的滲水特性

在路面性能中，滲水特性也十分重要。半剛性基層透水性不佳，降雨降雪等產(chǎn)生的水會從面層滲透下來后會積聚在基層頂面，對基層造成破壞。因此，基層必須具備良好的滲水性能。

SRX聚合物溶液能夠與級配碎石形成有機膜，減小基層孔隙率，在SRX摻量的不斷增加下，孔隙率也會不斷降低。當(dāng)水從面層滲透下來后，會經(jīng)過基層繼續(xù)向下，不會積聚在基層，最后流入排水系統(tǒng)。因此，基層間的水不會長時間滯留，有效避免了路面基層被水侵蝕破壞的問題。

2.4 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的抗永久變形性能

對于路面來說，抗永久變形性能對于路面使用壽命、使用質(zhì)量具有重要的作用。路面在持續(xù)的車輛荷載作用下，需要承受很大的壓力，如果其抗永久變形性能不佳，很容易發(fā)生擁包、車轍等問題。級配碎石是由松散的碎石構(gòu)成的材料，其特點是剛度小，難以承受較大荷載，在較大荷載下很容易產(chǎn)生變形。因此，如果路面交通量較大，很容易會使路面發(fā)生變形，引發(fā)車轍問題，影響路面整體使用壽命。

SRX聚合物穩(wěn)定材料在路面基層中的應(yīng)用則能夠有效解決這一難題。SRX聚合物的主要成分為聚甲基丙烯酸乙酯，具有很強的抗高溫性能。此外，混合料的級配，對SRX聚合物穩(wěn)定級配碎石內(nèi)部骨料的嵌擠力與內(nèi)摩阻力有很大影響。其內(nèi)摩阻力會隨著級配結(jié)構(gòu)粒徑增長而不斷增加，同時，SRX聚合物穩(wěn)定性級配碎石基層的抗永久變形性能也得到有效提升。因此，在路面基層采用SRX聚合物穩(wěn)定級配碎石能夠提升路面基層抗永久變形性能，減少車轍等路面問題的產(chǎn)生。

2.5 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的收縮性能

2.5.1 干縮特性分析

路面基層中，部分穩(wěn)定類材料在成型后，其內(nèi)部水分會不斷蒸發(fā)，而穩(wěn)定類材料體積也會隨之收縮。在這過程中，穩(wěn)定類材料不斷積累拉應(yīng)力，一旦其拉應(yīng)力超出基層抗拉強度時，會造成基層裂縫，在路面交通荷載或者外界溫度變化的情況下裂縫會逐漸擴展，導(dǎo)致路面層產(chǎn)生反射裂縫，對瀝青路面帶來一系列問題。

SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層采用大粒徑密集配碎石，通過實踐表明，級配碎石不同集料的比例對基層干縮裂縫有重要影響，細集料用量減少、粗集料用量增加可以大大降低裂縫發(fā)生概率。在后期基層干縮過程中，雖然集料間也會隨水分蒸發(fā)而發(fā)生收縮擠壓，但是并不會產(chǎn)生較大的收縮變形，SRX穩(wěn)定碎石干縮系數(shù)比半剛性材料相比有了很大降低，具備良好的抗失水收縮性能。

2.5.2 溫縮特性分析

基層傳統(tǒng)穩(wěn)定性材料具有熱脹冷縮的特點，當(dāng)溫度降低時，該材料體積收縮，造成基層空間受力不均衡，其內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)的變化會影響到基層表面也跟著產(chǎn)生收縮，在此作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力不斷增加，當(dāng)超出基層內(nèi)部粘聚力時，則會產(chǎn)生溫縮裂縫。

而同樣溫度下，SRX穩(wěn)定材料則會大大降低溫縮裂縫的產(chǎn)生概率，由于該材料具有較大的韌性，具有很強的抗拉強度，能夠有效抵抗外界溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因此，在路面基層采用該材料能夠有效解決溫縮裂縫問題。

3 SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的優(yōu)越性

（1）環(huán)保性：SRX聚合物材料對環(huán)境很友好，符合現(xiàn)在人們的環(huán)保理念。其本身無毒無害，不含重金屬，不會對周圍環(huán)境造成任何污染。在國外，曾經(jīng)在飲水水渠中將SRX衍生產(chǎn)品作為重要的防水材料。

（2）經(jīng)濟性：相比傳統(tǒng)瀝青混凝土而言，SRX具有更高的性價比，用其修建的道路性能完全達到全厚式瀝青道路的技術(shù)指標(biāo)，而其造價僅為全厚式瀝青道路造價的一半，再加上工期縮短，壽命延長，附加價值是巨大的。SRX結(jié)構(gòu)只需對SRX以上的薄磨耗層進行養(yǎng)護，避免了開膛破肚式的養(yǎng)護和翻修，又不出現(xiàn)裂縫，顯著降低養(yǎng)護成本。

（3）降低裂縫產(chǎn)生概率：由于SRX屬于共聚物材料，通過與土石材料或者碎石材料結(jié)合，具有很強的柔韌性和穩(wěn)定性，可以有效改善傳統(tǒng)基層路面常見的裂縫問題，提升路面整體質(zhì)量，延長路面使用壽命。

（4）避免產(chǎn)生車轍：由于SRX聚合物材料具有很強的穩(wěn)定性和強度，在高溫季節(jié)，可以有效避免溫度造成的基層內(nèi)部變化產(chǎn)生的車轍問題。

（5）后期養(yǎng)護便捷：傳統(tǒng)的瀝青混凝土路面在施工后需要灑水進行養(yǎng)護，但是SRX聚合物材料施工后，養(yǎng)護更加簡單，常溫養(yǎng)護即可。后期水分不斷蒸發(fā)，SRX聚合物材料膠結(jié)強度也不斷提高。

（6）混合料存放時間長：與傳統(tǒng)材料相比，SRX混合料保存時間更長，在保持水分的條件下，可以保存3d，如果時間過長只需要再次添加水與SRX再進行攪拌即可。SRX混合料的這種特性極大地方便了施工。

（7）水穩(wěn)性好：由于SRX具有較好的水穩(wěn)性，因此，SRX施工不受雨季影響，施工條件十分寬松，待SRX壓實成型后，SRX具有良好的抗水侵蝕性能。

（8）施工便捷：相比傳統(tǒng)半剛性基層施工而言，SRX施工更加便捷，所需的拌合設(shè)備簡易，不需要較高溫度而常溫拌合即可，可以縮短一半工期，以12m寬的公路為例，SRX穩(wěn)定層拌合施工時間僅需兩三天左右即可完成1km，大大地提升了施工效率。

（9）適用范圍廣：SRX聚合物材料具有廣泛的適用性，由于其穩(wěn)定性很強，具有耐酸堿、耐腐蝕等性能，可以在各種酸堿性環(huán)境中進行應(yīng)用，同時也能夠穩(wěn)定各種混凝土垃圾材料等。

（10）對重載車的軸載敏感性較?。涸诎雱傂曰鶎又?，其換算載荷會隨著基層和瀝青層的模量比的增大而增加，換算載荷很可能是12-15次方。而在柔性基層中，一般是按4次方換算，當(dāng)軸載加大一倍時，對柔性基層的換算軸次是增大16倍，而對半剛性基層可能要變?yōu)閿?shù)十萬次。也就是說，路面同樣載荷情況下，柔性基層受到的危害會遠遠低于半剛性基層，有效保障了路面的使用情況。

（11）路面層厚度要求不高：傳統(tǒng)半剛性基層對路面厚度要求較高，這是由于半剛性基層強大的強度很容易在高溫季節(jié)時，內(nèi)外部軟硬不一產(chǎn)生推移，所以需要一定的厚度。而SRX聚合物柔性路面由于與耗磨層進行良好粘結(jié)，不會因為外界溫度變化而產(chǎn)生推移問題，所以不存在這類問題。

4 結(jié)束語

綜上所述，SRX聚合物穩(wěn)定碎石基層的優(yōu)勢十分明顯，其強度、水穩(wěn)定性、滲水特性、抗永久變形性能以及收縮性能等方面都具有良好的路用性能，并且SRX聚合物基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計會根據(jù)不同地區(qū)的氣候、溫度、水文以及地質(zhì)等情況來分析確定，最終確定聚合物具體的道路結(jié)構(gòu)，最終造價也會遠遠低于實驗測算價格[7]。除此之外，SRX還在防治松散、車轍、水侵蝕等方面具有良好的性能，在后期道路養(yǎng)護上也更加便捷，大大提升了道路質(zhì)量和延長了使用壽命，滿足目前國內(nèi)外市場對路面結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展與造價經(jīng)濟性的迫切需要。不難看出，SRX以其諸多優(yōu)越性獲得了道路工程研究者的關(guān)注，并被逐漸應(yīng)用，對它的研究可為聚合物碎石基層在道路工程的應(yīng)用和推廣提供技術(shù)支撐與工程建設(shè)經(jīng)驗。