瀝青混凝土路面對(duì)比試驗(yàn)路段車轍與裂縫觀測結(jié)果的分析

2016-05-14 09:13:49李永輝

中華建設(shè)科技 2016年9期

【摘要】本文基于AH-AC瀝青混凝土路面、SBS-AC瀝青混凝土路面和AR-AC瀝青混凝土路面三種對(duì)比試驗(yàn)路段觀測的結(jié)果，闡述了廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面抗車轍性能和抗反射裂縫性能明顯優(yōu)于普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面的原因。

【關(guān)鍵詞】瀝青；SBS改性瀝青；廢胎膠粉橡膠瀝青；混凝土路面；抗車轍性能；抗反射裂縫性能。

【Abstract】Based on the observation results of three comparative test sections of AH-AC asphalt concrete， SBS-AC and AR-AC asphalt concrete pavement， Which is better than that of ordinary asphalt concrete pavement and SBS modified asphalt concrete pavement.

【Key words】Asphalt；SBS modified asphalt；Waste rubber powder asphalt rubber；Concrete pavement；Anti-rutting performance；Anti-reflective cracking performance.

1. 前言

（1）按照瀝青路面的結(jié)構(gòu)特征，其分為三種--骨架空隙型結(jié)構(gòu)路面、懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)路面和密實(shí)骨架型結(jié)構(gòu)路面，其中懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)路面應(yīng)用最多，它的典型代表就是瀝青混凝土路面。按照瀝青路面所用結(jié)合料的不同，其分為普通瀝青混凝土路面（AH-AC）和改性瀝青混凝土路面，常用的為SBS改性瀝青混凝土路面（SBS-AC）。

（2）我國已建成的高速公路及普通公路絕大部分是瀝青路面。由于車輛嚴(yán)重超載超限、大交通量、渠化行車以及高溫天氣等因素的影響，導(dǎo)致車轍已成為瀝青路面的主要病害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)80%的瀝青路面出現(xiàn)不同程度的車轍。實(shí)踐證明，SBS改性瀝青混凝土路面也經(jīng)常出現(xiàn)車轍。

（3）目前，我國廢舊輪胎已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染并且持續(xù)加重，利用廢胎膠粉筑路，技術(shù)上可行，質(zhì)量可以保證，廢胎膠粉使用量大，并且廢舊輪胎利用率高，為廢舊輪胎的再利用找到了很好的途徑。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面（AR-AC）的應(yīng)用日益增多并且增速很快。

2. 對(duì)比試驗(yàn)路段情況

（1）對(duì)比試驗(yàn)路段選在G311魯山境山區(qū)，是砂石運(yùn)輸通道，超載超限嚴(yán)重，交通量大，導(dǎo)致車轍、裂縫等早期病害頻發(fā)，道路寬7m，于2006年修為砂礫石水泥混凝土路面，5m切一道縫，2012年10月上旬做"白改黑"對(duì)比試驗(yàn)路段工程，舊路病害按照規(guī)范要求進(jìn)行了處理，舊水泥混凝土路面切、接縫處貼50cm寬土工布，灑布0.3Kg/M2SBR改性乳化瀝青后做三種對(duì)比試驗(yàn)瀝青混凝土路面，如表1所示。

（2）除結(jié)合料外，三種試驗(yàn)路段所用材質(zhì)與規(guī)格相同。普通道路石油瀝青標(biāo)號(hào)為AH-70#A，SBS改性瀝青的改性劑含量為5%，廢胎膠粉橡膠瀝青的膠粉含量為20%（外摻）。

AC-10瀝青混凝土路面集料級(jí)配及油石比如表2所示。

AC-16瀝青混凝土路面集料級(jí)配及油石比如表3所示。

3. 對(duì)比試驗(yàn)路段車轍與裂縫觀測結(jié)果

3.1對(duì)比試驗(yàn)路段觀測結(jié)果如表4所示。

3.2從表4可以看出：

（1）普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經(jīng)歷第一個(gè)夏季就產(chǎn)生了車轍，在經(jīng)歷第二個(gè)和第三個(gè)夏季時(shí)車轍還會(huì)加深，只是SBS改性瀝青混凝土路面產(chǎn)生的車轍相比普通瀝青混凝土路面較淺而已，而廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經(jīng)歷了三個(gè)夏季仍然沒有出現(xiàn)車轍。三者相比，抗車轍性能廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面最好，SBS改性瀝青混凝土路面次之，普通瀝青混凝土路面最差。其中廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗車轍性能較其它兩者要好很多，SBS改性瀝青混凝土路面的抗車轍性能較普通瀝青混凝土路面好，但差別不太大；

（2）普通瀝青混凝土路面經(jīng)歷第一個(gè)冬季就產(chǎn)生了20條裂縫（對(duì)應(yīng)20條舊水泥混凝土路面切縫處），反射裂縫產(chǎn)生率達(dá)100%。SBS改性瀝青混凝土路面經(jīng)歷第一個(gè)冬季就產(chǎn)生了13條裂縫，反射裂縫產(chǎn)生率達(dá)65%，經(jīng)歷第二個(gè)冬季后反射裂縫產(chǎn)生率達(dá)100%。廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經(jīng)歷了三個(gè)冬季仍然沒有產(chǎn)生反射裂縫。三者相比，抗反射裂縫性能廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面最好，SBS改性瀝青混凝土路面次之，普通瀝青混凝土路面最差。其中廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能較其它兩者要好很多，SBS改性瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能較普通瀝青混凝土路面好，但差別不太大。

4. 對(duì)比試驗(yàn)路段車轍與裂縫觀測結(jié)果的分析

廢胎膠粉橡膠瀝青是把廢胎膠粉摻入基質(zhì)瀝青中經(jīng)過溶脹、網(wǎng)絡(luò)填充、交聯(lián)或者降解等作用制得的改性瀝青，它應(yīng)用于道路路面具有如下特點(diǎn)：

4.1軟化點(diǎn)高，粘度大。

（1）試驗(yàn)路段所用結(jié)合料的軟化點(diǎn)如表5所示。

（2）從表5可以看出，SBS改性瀝青和廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點(diǎn)都比普通道路石油瀝青高得多，但是SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)相對(duì)于夏季瀝青路面溫度還是低，而廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點(diǎn)可能是高于夏季瀝青路面溫度。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經(jīng)歷了三個(gè)夏季仍然沒有出現(xiàn)車轍，而普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經(jīng)歷第一個(gè)夏季就產(chǎn)生了車轍，并且在經(jīng)歷第二個(gè)和第三個(gè)夏季時(shí)車轍還會(huì)加深。

試驗(yàn)路段所用結(jié)合料的粘度如表6所示。

（3）粘度是瀝青的力學(xué)指標(biāo)，粘度的大小反映瀝青在發(fā)生流動(dòng)時(shí)內(nèi)部分子間摩擦阻力的大小，也就是常說的粘聚力的大小，在外部表現(xiàn)為瀝青抵抗流動(dòng)的能力。

（4）瀝青路面的抗剪強(qiáng)度是由集料的摩擦力和結(jié)合料的粘聚力構(gòu)成的，粘度越大，粘聚力越大，則瀝青路面抗車轍的能力就越強(qiáng)。

（5）從表6可以看出，SBS改性瀝青180℃旋轉(zhuǎn)粘度是普通道路石油瀝青的3.2倍，廢胎膠粉橡膠瀝青180℃旋轉(zhuǎn)粘度是SBS改性瀝青的6.1倍，是普通道路石油瀝青的19.4倍。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗車轍性能要比SBS改性瀝青混凝土路面和普通瀝青混凝土路面好得多，所以普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經(jīng)歷第一個(gè)夏季就會(huì)產(chǎn)生車轍，在經(jīng)歷第二個(gè)和第三個(gè)夏季時(shí)車轍還會(huì)加深，只是SBS改性瀝青混凝土路面產(chǎn)生的車轍相比普通瀝青混凝土路面較淺而已，而廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經(jīng)歷了三個(gè)夏季仍然沒有出現(xiàn)車轍。

4.2廢胎膠粉橡膠瀝青中的廢胎膠粉是以顆粒狀態(tài)存在的。

（1）橡膠粉顆粒加入廢胎膠粉改性瀝青可形成加勁結(jié)構(gòu)：橡膠顆粒三維隨機(jī)分布，構(gòu)成連續(xù)相，橡膠顆粒間靠凝膠膜連接，節(jié)點(diǎn)粘結(jié)效力依賴于溫度溶脹后的橡膠粉之間沒有強(qiáng)的化學(xué)鏈接，廢胎膠粉改性瀝青內(nèi)部不形成整體性的網(wǎng)絡(luò)加勁結(jié)構(gòu)。

（2）廢胎膠粉改性瀝青中，常溫及常溫以下溫度時(shí)膠粉模量相對(duì)瀝青模量較低，膠粉與瀝青應(yīng)變不同步，主裂紋前端應(yīng)力場發(fā)生變化，易使主裂紋偏傳。同時(shí)，加上本身存在大量表面毛刺、纖維，當(dāng)基質(zhì)瀝青達(dá)到極限應(yīng)變斷裂時(shí)，斷裂應(yīng)力將瞬間集中在膠粉顆粒上，在顆粒表面產(chǎn)生應(yīng)力集中，誘發(fā)大量銀紋（銀紋是指材料表面或內(nèi)部的一些缺陷在受到應(yīng)力集中作用時(shí)引發(fā)的細(xì)微紋痕和剪切帶），銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量的能量，因此可提高瀝青的沖擊強(qiáng)度和可塑性。而且，裂縫不會(huì)穿透膠粉顆粒發(fā)展，橡膠顆粒是銀紋的中心，它跨越銀紋的兩端，銀紋要發(fā)展就必須拉伸橡膠顆粒，橡膠顆粒因此消耗和吸收大量的能量，提高了橡膠顆粒瀝青混合料的抗沖擊能力。銀紋的另

一特點(diǎn)是，在應(yīng)力作用初期銀紋體相當(dāng)硬，當(dāng)應(yīng)力超過一定數(shù)值后，銀紋體開始屈服，形變隨時(shí)間的延長而發(fā)展，斷裂伸長增加，卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)，應(yīng)變隨時(shí)間的延長而消失。

（3）膠粉顆粒的存在易使主裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋偏轉(zhuǎn)可降低裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而增強(qiáng)膠粉改性瀝青的抗裂能力。

（4）在SBS改性瀝青中，SBS改性劑與瀝青相溶很充分，SBS改性劑不是以顆粒形態(tài)存在的；在普通道路石油瀝青中根本就不存在顆粒物質(zhì)。

（5）所以，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能相比要好得多，雖然經(jīng)歷了三個(gè)冬季，但仍然沒有產(chǎn)生反射裂縫。

5. 結(jié)語

廢胎膠粉橡膠瀝青用于道路路面具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）針入度減小，軟化點(diǎn)提高，粘度增大，瀝青的高溫穩(wěn)定性提高，高溫抗車轍能力增強(qiáng)；

（2）改善瀝青的低溫性能，提高混合料的低溫抗裂性；

（3）增強(qiáng)粘附性，石料表面粘附的膠粉改性瀝青膜厚度增加，瀝青路面抗水損害性能提高；

（4）提高混合料的抗老化性能和抗疲勞性能；

（5）降低噪聲污染；

（6）減少和消除廢輪胎堆放導(dǎo)致的公害，同時(shí)又得到合理的二次資源利用，獲得資源和環(huán)境的雙重效果。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。