穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究

曹帥 黃雅寧

摘 要：隨著交通基礎(chǔ)工程建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，瀝青路面因其優(yōu)異的性能在公路施工中得到了廣泛應(yīng)用。在瀝青材料中摻加適量橡膠粉，制作成穩(wěn)定型橡膠改性瀝青，在提高材料性能的同時(shí)，還能達(dá)到節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的目的。為此，從高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性等方面，研究穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的路用性能。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定型橡膠改性瀝青；超薄磨耗層；路用性能；高溫穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TU535? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0018-03

0 引言

為推進(jìn)綠色交通高質(zhì)量發(fā)展，助力交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)，需研發(fā)新型瀝青材料，重視路面原材料的科學(xué)應(yīng)用。穩(wěn)定型橡膠改性瀝青是一種新型橡膠瀝青產(chǎn)品，其具有良好的穩(wěn)定性、不離析、不分層，在多種混合料中得到了廣泛的應(yīng)用。為此，開展穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究，具有十分重要的意義[1]。

1 高溫穩(wěn)定性能分析

作為一種粘彈性材料，瀝青混合料受高溫因素影響，將會(huì)產(chǎn)生不可逆的塑性變形。為了保證路面施工質(zhì)量，需提前檢驗(yàn)混合料的穩(wěn)定性，其中多采用車轍試驗(yàn)檢測(cè)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

利用道路試驗(yàn)車隨機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以此準(zhǔn)確評(píng)估路面的高溫穩(wěn)定性。在試驗(yàn)中，需要對(duì)道路的整體抗變形能力有所了解，適當(dāng)增加道路的負(fù)荷能力。試驗(yàn)時(shí)，要先制作完成穩(wěn)定型瀝青橡膠混合料試件，并在室溫條件下，將試件、模具放置24 h以上，待混合試件經(jīng)低溫冷卻凝固之后，便可開展試壓實(shí)驗(yàn)，合理控制靜置時(shí)間。完成實(shí)驗(yàn)后，需及時(shí)測(cè)量試樣的馬歇爾穩(wěn)定度、組合車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度，所得結(jié)果如表1所示。

由表1可知，穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的高溫性能符合要求。馬歇爾穩(wěn)定度方面，技術(shù)要求>8 kN，試驗(yàn)組1與組2均在8 kN以上，可滿足要求。重交通環(huán)境下，表面層橡膠瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)>2 500次/mm，試驗(yàn)組1與組2均可滿足規(guī)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，在抗車轍能力方面，穩(wěn)定型橡膠改性超薄磨耗層具有良好的應(yīng)用效果[2]。

2 低溫抗裂性能分析

小梁彎曲試驗(yàn)時(shí)，檢測(cè)瀝青混合料低溫抗裂性能多采用低溫破壞應(yīng)變、極限強(qiáng)度等，這些指標(biāo)均可反映低溫條件下，瀝青混合料在外部應(yīng)力荷載變化下的適應(yīng)情況。隨著低溫破壞應(yīng)變的增大，在低溫環(huán)境下瀝青混合料的抗裂能力則會(huì)增強(qiáng)。試驗(yàn)中，溫度控制在-10℃，加載速率為5 cm/min。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可見(jiàn)，穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的極限破壞應(yīng)變，滿足技術(shù)要求（>2 800 με），試驗(yàn)組獲取的結(jié)果均>3 000 με。此類混合料具有非常好的抗低溫開裂性能。

3 穩(wěn)定性能分析

在雨水、冬季凍融循環(huán)等因素影響下，瀝青混合料內(nèi)瀝青、石料之間的粘結(jié)性能將會(huì)大大下降，甚至?xí)霈F(xiàn)不同程度的路面病害，比如路面松散等。在此背景下所形成的路面病害，均可看作是瀝青路面水損害。此外，瀝青路面水損害產(chǎn)生的很大原因還包括混合料水穩(wěn)定性較差。

3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

在浸水馬歇爾試驗(yàn)中，需在60℃恒溫水槽內(nèi)，放置穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混合料試件，保溫時(shí)間控制在48 h。隨后進(jìn)行試件穩(wěn)定度檢驗(yàn)，以此獲取浸水殘留穩(wěn)定度。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知，相比技術(shù)要求，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均可滿足規(guī)定，且在85%以上，說(shuō)明穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的水穩(wěn)定性良好。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

在凍融劈裂試驗(yàn)中，需分兩組設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。組1在25℃水溫條件下，靜置2 h，試驗(yàn)過(guò)程中詳細(xì)記錄試件的劈裂強(qiáng)度。組2在25℃環(huán)境下，試件浸水20 min，并真空（0.09 MPa）浸水15 min，隨后進(jìn)入常壓狀態(tài)。試件放置-18℃冰箱內(nèi)，時(shí)間控制在16 h。25℃水溫環(huán)境下，進(jìn)行2 h浸泡，最后進(jìn)行劈裂強(qiáng)度檢測(cè)。劈裂強(qiáng)度計(jì)算如公式（1）所示。

R=0.006287FT/h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：劈裂強(qiáng)度為R，單位是MPa。劈裂壓力為FT，單位是N；馬歇爾試件高度為h，單位是mm。

殘留強(qiáng)度計(jì)算如公式（2）所示。

R0=R2/R1×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：1級(jí)強(qiáng)度為R1；2級(jí)強(qiáng)度為R2；殘留強(qiáng)度為R0。

根據(jù)公式分析，當(dāng)殘留強(qiáng)度較大的情況下，則表明瀝青混合料具有較好的抗水害能力。具體試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4所示，相比現(xiàn)行規(guī)范要求，混合料凍融劈裂強(qiáng)度比大于80%，表明其水穩(wěn)定性良好。

4 層間粘結(jié)性能分析

我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，是以彈性層狀體系為基礎(chǔ)的力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法。在彈性層狀理論當(dāng)中，層間屬于連續(xù)狀態(tài)。但大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，瀝青路面基本上屬于半滑動(dòng)、全滑動(dòng)的狀態(tài)，很難實(shí)現(xiàn)完全的連續(xù)狀態(tài)，若層間聯(lián)結(jié)不到位，相比完全連續(xù)狀態(tài)下的路面應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)存在極大差距。

層間粘結(jié)效果不佳，還會(huì)產(chǎn)生車轍之類的路面病害，從而影響瀝青路面的路用性能和使用年限[3-5]。為此，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需重視層間粘結(jié)性能，比如合理使用粘層油，能夠很好地提升瀝青路面層間粘結(jié)效果，并提升其抗剪能力。

一般情況下，層間粘結(jié)性能檢測(cè)評(píng)價(jià)多采用直接剪切試驗(yàn)法。這種試驗(yàn)法的模擬效果良好，能夠很好地反映瀝青路面各層間的粘結(jié)能力。在本文層間粘結(jié)性能評(píng)價(jià)采用拉拔試驗(yàn)，獲取粘結(jié)強(qiáng)度。

試驗(yàn)時(shí)，在25℃環(huán)境下，先進(jìn)行AC-16（70#瀝青）鋪設(shè)，厚度為5 cm。隨后在其上進(jìn)行橡膠改性瀝青磨耗層鋪設(shè)，厚度為2.5 cm。將研究重點(diǎn)放在各類粘結(jié)層是否會(huì)影響層間粘結(jié)強(qiáng)度。在層與層之間無(wú)需撒鋪任何改性乳化瀝青，以便生成無(wú)粘結(jié)層、普通乳化、改性乳化3種不同層間粘結(jié)狀態(tài)，待制成試件后，即可進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。所得試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可見(jiàn)，25℃環(huán)境下，于層間穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層粘結(jié)強(qiáng)度而言，粘結(jié)措施不同，則影響效果也存有一定差異。相比普通乳化瀝青粘層，改性乳化瀝青粘層的強(qiáng)度較高，3種不同粘結(jié)層類型中，粘結(jié)強(qiáng)度由高到低依次為改性乳化>普通乳化>無(wú)粘結(jié)層。按照現(xiàn)行規(guī)定，粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)控制在0.3 MPa以上，其中改性乳化瀝青粘層層間粘結(jié)強(qiáng)度滿足規(guī)定要求。

5 抗壓回彈模量分析

我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括抗壓回彈模量，相比其他試驗(yàn)，瀝青混合料抗壓回彈模量試驗(yàn)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用較為廣泛。

為了解磨耗層是否會(huì)影響路面的受力狀態(tài)，本文進(jìn)行了抗壓回彈模量試驗(yàn)，試驗(yàn)中采取逐步加載卸載的方法。本試驗(yàn)采用了兩種不同混合料進(jìn)行對(duì)比分析，在20℃條件下分3組完成，最終取平均值。此外，為確定橡膠粉摻量是否影響混合料的回彈模量，分別檢驗(yàn)了10%、20%兩種不同摻量的橡膠改性瀝青，具體結(jié)果如表6所示。

由表6可得，相比橡膠瀝青混合料，普通瀝青混合料的回彈模量較小。隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青混合料的回彈模量并沒(méi)有增加，卻有所下降。

在瀝青混合料中，橡膠粉能起到增粘、填充的效果。當(dāng)摻量較小的情況下，橡膠粉的主要作用為增加粘結(jié)性。但是隨著摻量的不斷增加，大于最佳范圍時(shí)，那么橡膠粉的作用就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘畛洹＿@種情況大幅增加瀝青混合料內(nèi)粗集料顆粒的間距，影響混合料的密實(shí)結(jié)構(gòu)。橡膠粉的彈性較好，會(huì)降低瀝青混合料的抗壓回彈模量。簡(jiǎn)單來(lái)講，隨著橡膠粉摻量越來(lái)越高，混合料的回彈模量則會(huì)越來(lái)越小[6-7]。因此，在使用過(guò)程中，需要合理控制橡膠粉的摻量。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路面性能對(duì)其施工效果影響較大。本文通過(guò)不同試驗(yàn)對(duì)該橡膠改性瀝青混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)定性等性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，表明穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混合料性能良好，將其用于路面超薄磨耗層施工，施工效果顯著。

參考文獻(xiàn)

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[7]曹志飛.瀝青與級(jí)配對(duì)超薄磨耗層路用性能及抗滑噪聲特性影響[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2020.