橡膠瀝青抗裂層高溫性能試驗研究

孫湘俊，陳善祥，劉　廣

（1.廣東首匯城建設計有限公司，廣東 廣州 510075；2.嘉應學院，廣東 梅州 514015；3.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州325038）

橡膠瀝青抗裂層高溫性能試驗研究

孫湘俊1，陳善祥2，劉廣3

（1.廣東首匯城建設計有限公司，廣東 廣州 510075；2.嘉應學院，廣東 梅州 514015；3.浙江溫州沈海高速公路有限公司，浙江 溫州325038）

運用旋轉壓實儀成型試件，采用改進的Superpave設計方法進行抗裂層瀝青混合料設計，通過單層車轍試驗和雙層車轍試驗分析橡膠瀝青抗裂層高溫性能。結果表明：改進的Superpave設計方法適合抗裂層瀝青混合料設計；橡膠瀝青抗裂層高溫性能不足，但對路面結構的高溫性能影響有限；橡膠瀝青抗裂層路面結構的高溫性能良好并有很大的提升空間。

道路工程；橡膠瀝青；抗裂層；改進Superpave設計方法；高溫性能

0　引言

我國公路建設事業經過二十余年的蓬勃發展，公路網規模不斷擴大，早期修建的公路相繼進入大修和改造期。在舊水泥路面或瀝青路面大修和改造中，加鋪瀝青罩面能有效地改善舊路的使用性能，但由于舊路普遍存在接縫或裂縫，在行車荷載及自然環境等因素共同作用下，易產生反射裂縫，嚴重影響了加鋪層的使用質量和壽命。傳統的設置玻纖格柵、土木布等土工織物的措施未能取得很好的抗裂效果。采用加鋪抗裂層能很好地消解接縫或裂縫處的應力集中現象，降低瀝青罩面層底荷載應力和溫度應力，延緩反射裂縫產生，延長瀝青罩面的使用壽命［3-5］。已有研究表明：橡膠瀝青抗裂層具有很好的低溫抗裂性能及疲勞性能［3-7］。但處于中面層的抗裂層受溫度影響較大，對抗裂層的高溫性能進行評價很有必要，尤其在南方高溫地區，開展抗裂層的高溫性能研究很有實用價值和現實意義。本文在現有工程材料的基礎上采用改進的Superpave設計方法進行混合料設計，對橡膠瀝青抗裂層單層混合料及其組合結構雙層瀝青混合料進行高溫性能實驗研究。

1　原材料性質

1.1橡膠瀝青性質

本研究采用濕法工藝制備橡膠瀝青，以SK70#基質瀝青作為調和瀝青，橡膠粉細度20目，橡膠粉摻量為外摻15%。先將基質瀝青加熱到160℃左右，再加入橡膠粉，在190℃左右用高速剪切機剪切改性60 min，得到的橡膠瀝青性能見表1。

表1　橡膠瀝青性能

1.2粗集料

本研究的粗集料采用玄武巖，產地湖南株洲，其技術性質見表2。

表2　粗集料技術性質

1.3細集料

本研究的細集料采用玄武巖，產地湖南株洲，其技術性質見表3。

表3　細集料技術性質

2　橡膠瀝青混合料配合比設計

2.1改進的Superpave設計方法

抗裂層具有大變形、不透水和結構層厚度小的特點，是一種瀝青含量大、空隙率小和級配細的砂粒式瀝青混合料。傳統馬歇爾方法不適合該種混合料的設計。已有資料表明，體積參數指標（特別是空隙率）與瀝青混合料性能之間具有很好的相關性，因而采用體積設計法進行抗裂層混合料設計，并對Superpave體積設計法進行了適當改進：試件尺寸為直徑150 mm，高度約115 mm；設計旋轉壓實次數為125次；設計孔隙率為0.5%～3%；礦料間隙率要求大于20%；瀝青填隙率為85%～98%；粉膠比為0.5～1.6；孔隙率為2.0%±0.2%時所對應的瀝青用量為最佳瀝青用量。

2.2混合料級配

根據所選三檔集料（編號為1#、2#、3#）的級配組成，經過多次摻配優選出滿足改進的Superpave設計方法基本要求的橡膠瀝青抗裂層混合料礦料級配，其中1#集料、2#集料、3#集料和礦粉的摻配比例分別為25%、25%、40%、10%，集料級配及礦料合成級配見表4。

表4　橡膠瀝青抗裂層混合料級配

2.3最佳瀝青用量

本試驗采用的橡膠瀝青以橡膠粉：70#基質瀝青=15：85的摻配比經高速剪切制備而成，初定混合料油石比為8.5%、9%、10%、11%，用旋轉壓實儀（SGC）制備直徑為150 mm、高度約115 mm的圓柱體試件，采用進行體積性能測試，其體積性能見表5，其空隙率曲線如圖1所示。

表5　橡膠瀝青抗裂層混合料體積性能

圖1　橡膠瀝青抗裂層混合料空隙率曲線

從混合料體積性能表可以看出，該混合料十分密實，幾乎不吸水，也幾乎不透水。從空隙率曲線可以看出，橡膠瀝青混合料空隙率隨著油石比的增大而減小，當油石比為8.5%時，橡膠瀝青混合料空隙率為2.358%，當油石比為9%時，橡膠瀝青混合料空隙率為1.894%。依據孔隙率為2.0%± 0.2%時所對應的瀝青用量為最佳瀝青的要求，通過對空隙率曲線進行線形歸納分析，確定橡膠瀝青混合料的最佳用油量為8.8%。

3　橡膠瀝青抗裂層高溫性能

理論計算表明路面結構在實際應力狀態下，路面以下3～8 cm的深度是剪應力最大，最容易發生剪切變形的區域，而抗裂層所處位置剛好落在此區域內，開展其高溫抗車轍性能研究很有必要。

3.1橡膠瀝青抗裂層單層高溫性能

該試驗試件采用由輪碾成型的長300 mm，寬300 mm，高50 mm的板塊狀試件，試驗溫度為60℃，輪壓為0.7 MPa，試驗溫度為60℃，車輪行走速度42次/min，成型后養護24 h后進行車轍試驗，試驗結果見表6。

表6　橡膠瀝青抗裂層混合料車轍試驗結果

由于抗裂層混合料礦料級配偏細，瀝青用量大，屬于懸浮結構，抵抗剪切變形的能力自然不強。從橡膠瀝青抗裂層單層車轍試驗結果來看，其高溫抗車轍能力不滿足規范要求，但其并非直接用在表面層，而是用于中面層或下面層的位置，對路面結構的高溫抗車轍性能影響有限。

3.2橡膠瀝青抗裂層組合路面結構高溫性能

按照瀝青混合料試驗規程成型標準成型3cm厚橡膠瀝青抗裂層，養護24 h后，再在抗裂層上成型4 cmAC-13/6 cmAC-16表面層，養護24 h后進行車轍試驗，其中玄武巖AC-13與AC-16的油石比分別是5.3%、4.5%。試驗結果見表7。

表7　橡膠瀝青抗裂層結構車轍試驗結果

由上述結果可知，橡膠瀝青抗裂層路面結構的高溫抗車轍能力完全滿足規范要求，加厚上面層厚度、優化其路面結構組合及添加纖維或抗車轍劑等將獲得更好的高溫抗車轍性能。

4　結論

（1）利用旋轉壓實儀SGC成型混合料試件以模仿現場碾壓成型，采用改進的Superpave設計方法適合抗裂層混合料設計，能準確控制混合料的體積性能參數。

（2）橡膠瀝青抗裂層具有良好的抗裂性能，其單層混合料的高溫性能不足，但對整個路面結構的高溫抗車轍性能影響有限。

（3）橡膠瀝青抗裂層組合路面結構高溫抗車轍性能良好，完全滿足規范要求，并隨加鋪厚度的增大而不斷提高，其整體高溫抗車轍性能尚有很大的提高空間。

（4）橡膠瀝青抗裂層路面的高溫抗車轍性能應從路面整體結構的高溫抗車轍性能進行評價，至于橡膠瀝青抗裂層路面的高溫性能最優化組合設計及抗裂層單層材料對路面結構高溫性能影響的定量分析有待下一步研究和探討。

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U414

A

1009-7716（2016）07-0313-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.093

2016-03-16

孫湘俊（1984-），男，湖南隆回人，碩士，工程師，研究方向為道路工程.