施工參數對橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響

袁 露

(海門市公路管理站，江蘇 南通 226100)

·建筑材料及應用·

施工參數對橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響

袁 露

(海門市公路管理站，江蘇 南通 226100)

指出橡膠瀝青灑布量、碎石撒布量及碎石粒徑等施工參數對橡膠瀝青SAMI的使用性能具有重要影響，并通過室內試驗研究了三個參數對橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響，并確定了幾個參數的適宜取值，通過研究確定的橡膠瀝青SAMI適宜的橡膠瀝青灑布量、碎石撒布量及碎石粒徑分別為2 kg/m2～2.4 kg/m2，12 kg/m2～14 kg/m2，9.5 mm～13.2 mm。

橡膠瀝青，SAMI，抗拉強度，抗剪強度

近年來，隨著老路改造工程量的劇增，具有優良抗裂性能的橡膠瀝青SAMI層的應用量越來越大。但是作為一個路面結構層，SAMI層不但要抗裂，而且要具有良好的抗拉與抗剪性能，以保證基層與上層間的共同受力。以往的研究更加關注SAMI層的抗裂作用，對其抗拉與抗剪性能，特別是現場的應用性能研究較少，本文從室內與室外兩方面，研究了橡膠瀝青SAMI層的各種施工因素對其抗拉與抗剪性能的影響，通過對試驗數據的分析確定了橡膠瀝青SAMI施工的最佳參數。

1 試驗方案與方法

1.1 試驗方案

橡膠瀝青SAMI的主要材料組成包括橡膠瀝青膠結料及碎石，而橡膠瀝青的用量、碎石的粒徑及碎石用量均會影響到SAMI層的使用品質。

為了確定橡膠瀝青SAMI層的適宜配比，課題中改變橡膠瀝青用量、碎石用量及碎石粒徑，室內成型試件后進行了拉拔及剪切試驗，所采用的試驗參數如表1所示。

表1 橡膠瀝青SAMI試驗參數

1.2 試驗方法

1)剪切試驗。橡膠瀝青SAMI層的抗剪性能主要由橡膠瀝青的粘度、碎石的嵌擠性能決定，為了檢驗不同配比SAMI層的抗剪性能，開發了層間斜剪切試驗來評價SAMI層的抗剪性能。試驗在壓力機上完成，并采用自行設計加工的試驗夾具。將試件及夾具固定在壓力機中心后，通過控制壓力機的油壓穩定剪切試驗速度(10 mm/min)，通過壓力機顯示的壓力值換算SAMI層的抗剪強度。試驗示意圖見圖1。

試件制作過程：

第一步采用車轍試模成型水泥混凝土板，水泥混凝土板尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試件成型后在恒溫恒濕條件下養生，養生28 d后表面打毛(見圖2)；第二步水泥混凝土板養生后，在其上按要求撒布橡膠瀝青及碎石；第三步橡膠瀝青SAMI層撒布結束后，在輪碾儀上成型Sup20混合料層，厚度為50 mm；第四步瀝青混合料溫度達到常溫后脫模，采用取芯機鉆取試驗芯樣(見圖3)；第五步試件在50 ℃恒溫域下養生2 h后進行剪切試驗。

2)拉拔試驗。橡膠瀝青SAMI層的抗拉性能主要取決于橡膠瀝青的粘度，與碎石的粒徑及撒布量也存在一定關系，為了檢驗不同配比SAMI層的抗拉性能，課題組開發了層間拉拔試驗來評價SAMI層的抗拉性能。試驗在萬能試驗機上完成，并采用自行設計加工的試驗夾具。將試件采用AB膠與拉拔試驗夾具粘結牢固后固定在試驗機上，通過控制試驗機移動速度穩定拉拔試驗速度(10 mm/min)，通過試驗機顯示的拉力值換算SAMI層的抗拉強度。試驗示意圖見圖4。

試件制作過程：

試件制作的第一步～第四步同剪切試驗步驟；

第五步將試件的上、下底面分別涂刷AB膠，與拉拔夾具粘結；

第六步待粘結牢固后，將試件在50 ℃恒溫域下養生2 h后安裝于試驗機上進行拉拔試驗。

2 試驗結果分析

2.1 橡膠瀝青灑布量對SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

根據表1中的試驗方案，改變橡膠瀝青灑布量，采用碎石的粒徑范圍為9.5 mm～13.2 mm，碎石撒布量14 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進行拉拔、剪切試驗，所得試驗結果如表2所示。

表2 不同橡膠瀝青用量時SAMI層拉拔、剪切試驗結果 MPa

由表2中數據可見：

1)在碎石的撒布量一定的條件下，在課題中選擇的橡膠瀝青灑布量范圍內，隨著單位面積橡膠瀝青灑布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強度呈現先增后降的趨勢，在橡膠瀝青灑布量為2.2 kg/m2時最大，最大值達到0.496 MPa；2)隨著單位面積橡膠瀝青灑布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗拉強度呈現逐漸增加的趨勢，在橡膠瀝青灑布量為2.6 kg/m2時最大，最大值達到0.331 MPa。

綜合以上分析，橡膠瀝青灑布量的增加會提高SAMI層的抗拉強度，但對于SAMI層的抗剪強度并非灑布量越大越好，考慮到SAMI層的實際受力狀況，在50%超載條件下的剪應力極值為0.390 MPa，考慮一定的安全系數，橡膠瀝青灑布量在2 kg/m2～2.4 kg/m2時較為適宜。

2.2 碎石撒布量對SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

根據表1中的試驗方案，改變碎石撒布量，碎石粒徑為9.5 mm～13.2 mm，橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進行拉拔、剪切試驗，所得試驗結果如表3所示。

表3 不同碎石撒布量時SAMI層拉拔、剪切試驗結果 MPa

由表3中數據可見，在橡膠瀝青的灑布量一定的條件下，在課題中選擇的碎石撒布量范圍內，隨著單位面積碎石撒布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強度及抗拉強度呈現先增后降的趨勢，抗拉強度在碎石撒布量為12 kg/m2時最大，最大值為0.324 MPa，抗剪強度在碎石撒布量為14 kg/m2時最大，最大值為0.496 MPa。

根據對橡膠瀝青SAMI層的受力分析，結合上述的實驗結果，當碎石粒徑為9.5 mm～13.2 mm時，橡膠瀝青SAMI層適宜的碎石撒布量為12 kg/m2～14 kg/m2。

2.3 碎石粒徑對SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

1)碎石采用同樣的質量。根據表1中的試驗方案，改變碎石粒徑，采用橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2，碎石灑布量14 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進行拉拔、剪切試驗，所得試驗結果如表4所示。

表4 同質量不同粒徑時SAMI層拉拔、剪切試驗結果 MPa

2)碎石采用同樣的覆蓋率。根據表1中的試驗方案，改變碎石粒徑，采用橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2，碎石撒布覆蓋率均為100%時成型試件，進行拉拔、剪切試驗，所得試驗結果如表5所示。根據室內計量，當覆蓋率均為100%時，9.5 mm～13.2 mm顆粒撒布量為14.4 kg/m2，5 mm～10 mm顆粒撒布量為12.6 kg/m2。

根據表4及表5中的數據，與碎石覆蓋率方法相比，以單位面積碎石的撒布質量控制施工，雖然更有利于控制施工精度，但是以覆蓋率控制生產更有利于獲得較好品質的SAMI層。橡膠瀝青SAMI施工時，建議采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆蓋面積以85%～100%較為適宜。

表5 同覆蓋率不同粒徑時SAMI層拉拔、剪切試驗結果 MPa

分析原因為：在橡膠瀝青碎石封層中撒布碎石的作用是為了提高層間抗剪強度，在鋪筑上面層時不破壞封層油膜。如果石料過多，撒布后碎石層就會出現重疊現象，易形成碎石夾層，上層石料與瀝青膜的裹附面積減小，這部分石料的粘結力下降，影響路面的使用性能和壽命；如果石料過少，則撒布過后會使瀝青膜局部沒有覆蓋，壓路機碾壓時會出現嚴重的粘輪現象，甚至會導致無法施工。

3 現場施工質量檢測

3.1 剎車試驗

按文中的研究成果進行了試驗路鋪筑，試驗段鋪筑完成2 d后，用BZZ-60標準汽車以50 km/h車速急剎，觀察封層的粘結性能。檢測狀況如圖5所示，可見SAMI層保持完好，碎石不脫落，瀝青層不破裂，表明橡膠瀝青SAMI與基層的抗剪切能力較強。

3.2 現場拉拔及剪切試驗

為了解橡膠瀝青SAMI層在實際工程中的抗拉及抗剪性能，在試驗路Sup20瀝青下面層施工結束后，課題組現場進行了拉拔與剪切試驗(見圖6，圖7)，并與熱噴SBS改性瀝青同步碎石下封層的現場抗拉及抗剪強度進行了對比，試驗結果如表6所示。

表6 橡膠瀝青SAMI層抗拉及抗剪強度試驗結果 MPa

熱噴SBS改性瀝青的撒布量設定為1.1 kg/m2，碎石的撒布量為5 kg/m2～6 kg/m2，該試驗段位于上海某高速高架橋段，與項目試驗段橡膠瀝青SAMI的使用基本狀況相似。兩個試驗段的拉拔與剪切試驗溫度均在30 ℃左右，故試驗結果具有一定可比性。

通過對表6中數據的分析可以發現，橡膠瀝青SAMI的抗拉及抗剪強度要高于熱噴SBS改性瀝青+碎石封層。同樣溫度條件下，橡膠瀝青SAMI的抗拉強度較熱噴SBS改性瀝青+碎石封層高約0.1 MPa，抗剪強度高約0.031 MPa。

4 結語

文中對橡膠瀝青SAMI層抗裂及抗剪性能的影響因素進行了試驗研究，優選了最佳施工參數，并結合試驗段實施對研究結論的應用效果進行了驗證，所得結論包括：

1)橡膠瀝青灑布量的增加會提高SAMI層的抗拉強度，但對于SAMI層的抗剪強度并非灑布量越大越好，考慮到SAMI層的實際受力狀況，建議橡膠瀝青灑布量控制在2 kg/m2～2.4 kg/m2；

2)在橡膠瀝青灑布量一定的條件下，隨著單位面積碎石撒布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強度及抗拉強度呈現先增后降的趨勢，建議橡膠瀝青SAMI層適宜的碎石撒布量為12 kg/m2～14 kg/m2；

3)以覆蓋率控制橡膠瀝青SAMI生產更有利于保證施工質量，建議采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆蓋面積以85%～100%較為適宜；

4)根據實體工程驗證，采用文中成果橡膠瀝青SAMI層具有良好的抗拉與抗剪性能。

[1] 趙劍強.公路交通與環境保護[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] Gandhi,T.,Amirkhanian,S..Laboratory Investigation of Warm Asphalt Binder Properites-A Preliminary Investigation,In Proceedings of the 5th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavement and Technological Control.Park City,Utah,2007:475.

The influence of construction parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear properties

Yuan Lu

(HaimenRoadStation,Nantong226100,China)

This paper pointed out that the rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size and other construction parameters had important effects to the use performance of rubber asphalt SAMI, and through the indoor test researched the influence of three parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear parameters, and determined the adaptation value of several parameters, through the research determined the appropriate rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size of rubber asphalt SAMI respectively was 2 kg/m2～2.4 kg/m2, 12 kg/m2～14 kg/m2, 9.5 mm～13.2 mm.

rubber asphalt, SAMI, tensile strength, shear strength

2015-08-29

袁 露(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0125-03

TU535

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