橡膠瀝青混合料應力吸收層抗裂性能分析

蔡 麗 娜

(山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

反射裂縫是瀝青面層常見病害之一，這主要是由于半剛性基層的縮裂造成的。另外，在水泥路面上加鋪瀝青面層時，處治不當也會產生嚴重的反射裂縫。近年來，很多學者采用設置橡膠瀝青混合料應力吸收層防治反射裂縫，取得了較好的效果。應力吸收層是布設在基層或舊水泥面層與瀝青面層之間，可用于吸收瀝青層荷載應力和溫度應力，降低應力集中，有效延緩反射裂縫的擴散，降低裂縫擴散速度，提高瀝青面層的使用壽命。為了檢測橡膠瀝青混合料應力吸收層的防裂效果，制作試樣開展DTT試驗，分析其抗裂性能。

1 應力吸收層的功能要求

為了保證橡膠瀝青混合料應力吸收層能夠充分發揮作用，應力吸收層應具有足夠的防水作用、高彈性及應力松弛功能和層間粘結功能。為了防止水分沿路面裂縫滲入到路面結構內部，造成面層和基層結構破壞，應力吸收層必須具有足夠的致密防水功能，一方面可以防止水滲入路面結構造成破壞，另一方面也可以有效防止路面內部的水產生動水壓力，對路面結構產生沖刷破壞。

在車輛荷載作用下，應力吸收層會產生塑性變形和彈性變形。為了提高應力吸收層材料的總吸能能力，必須選取具有高彈性的材料，以滿足在車輛荷載作用下減少瀝青面層的豎向累積變形。另外，應力吸收層還必須具有良好的應力松弛功能，可松弛面層溫度應力，提高自愈合能力，有效防治溫度型反射裂縫。應力吸收層必須具有良好的層間粘結功能，與路面上下結構層粘結良好，有效改善了路面結構層的接觸狀況，提高路面結構的總體強度和剛度。

2 橡膠瀝青混合料配合比設計

2.1 原材料選擇

橡膠瀝青混合料中的橡膠粉采用廢舊輪胎為原材料加工制作，細度為40目。橡膠瀝青采用AH-90號道路石油瀝青作為基質瀝青，按一定比例與橡膠粉拌制而成。集料選用潔凈的堿性石灰巖磨制，最大公稱粒徑為4.75 mm。礦粉選用堿性的石灰巖，并滿足黏附性試驗要求。

2.2 試驗級配確定

橡膠粉瀝青混合料級配選用懸浮密實結構，在AC-5級配的基礎上，對應力吸收層混合料級配進行調整，確定礦料摻配比例，試驗所選用的級配如表1所示。

表1 橡膠粉瀝青混合料應力吸收層級配

2.3 試驗油石比確定

橡膠粉瀝青混合料應力吸收層的抗剪與抗拉性能與膠漿成分直接相關，膠漿中含有結構瀝青和自由瀝青，其中自由瀝青可以在礦料之間起到潤滑作用，結構瀝青主要起粘結作用。橡膠粉瀝青混合料中瀝青膠漿所占的比例在20%左右，可保證應力吸收層的強度和剛度，又具有良好的變形能力，可以吸收應力，減輕荷載沖擊。為了準確確定橡膠粉瀝青混合料最佳油石比，結合上述礦料級配，分別選取3組油石比：8.5%，9.5%，10.5%。

3 應力吸收層抗裂性能DTT試驗分析

3.1 DTT試驗

DTT試驗，即圓盤拉伸試驗，是在液氮溫控環境下進行的，該試驗試件直徑為150 mm，厚度為(50±1) mm，采用SANS萬能材料試驗機測試系統進行控制和檢測。DTT試驗試件采用旋轉壓實試件切割制作，鉆孔過程中確保孔徑幾何尺寸和光滑。裂縫長度75 mm，寬度2 mm，采用旋轉帶鋸加工，并在裂縫內部安裝引申計，量測張口位移。試件在環境箱中保溫4 h～5 h后開展DTT試驗，試驗溫度為5 ℃，0 ℃，-10 ℃，拉伸速度為5 mm/min。橡膠瀝青混合料的抗裂性能評價指標主要包括強度指標和形變指標兩個方面，文章主要分析拉伸勁度、拉伸破壞強度、斷裂能三個指標，用于評定橡膠粉瀝青混合料應力吸收層的抗裂性能。

3.2 DTT試驗結果分析

1)試驗溫度對應力吸收層抗裂性能的影響。

溫度對橡膠粉瀝青混合料應力吸收層的影響很大，試驗中選用級配2，油石比為9.5，制作試件分別在5 ℃，0 ℃，-10 ℃下開展DTT拉伸破壞試驗，檢測結果如表2所示。

表2 不同溫度下橡膠粉瀝青混合料的抗裂性能試驗結果

結合試驗結果分析，隨著試驗溫度的變化，橡膠粉瀝青混合料拉伸勁度、拉伸強度不斷提高，斷裂能不斷下降，其中從0 ℃～-10 ℃時，變化幅度達到86.7%。另外，隨著試驗溫度下降，混合料拉伸勁度線性相關系數逐漸增大，說明在低溫狀態下混合料性質更接近彈性材料。由于-10 ℃的極限低溫較少見，取0 ℃試驗數據作為低溫抗裂試驗分析依據。

2)級配對應力吸收層抗裂性能的影響。

結合上述試驗確定的三組橡膠粉瀝青混合料礦料級配，選擇油石比為9.5%，在試驗溫度為0 ℃時開展DTT試驗，監測結果如表3所示。

表3 不同級配橡膠粉瀝青結合料抗裂性能檢測結果

分析試驗結果，橡膠粉瀝青混合料拉伸勁度與粉膠比和級配有關，其中粉膠比為1.1和0.9的級配1和級配3拉伸勁度相差不大，而級配2拉伸勁度較小。拉伸破壞強度級配3最大，級配1最小。相比以上兩項指標，斷裂能變化幅度最大，其中級配1斷裂能最小，級配2斷裂能最大，相差3倍以上，拉伸破壞強度也較大，說明級配2的抗裂性能較好，可作為首選級配類型。

3)油石比對應力吸收層抗裂性能的影響。

為檢測不同油石比下橡膠粉瀝青混合料的抗裂性能，分析選取油石比為8.5%，9.5%，10.5%，對應粉膠比分別為1.1，1.0，0.9，在0 ℃下開展DTT試驗，檢測結果如表4所示。

表4 不同油石比橡膠粉瀝青混合料抗裂性能檢測結果

分析試驗結果，隨著油石比的增大，橡膠粉瀝青混合料拉伸勁度和拉伸破壞強度不斷下降，斷裂能不斷增加，混合料粘韌性得到提高。油石比從8.5%增加到9.5%，混合料拉伸破壞強度下降了23.1%，斷裂能提高了45%。油石比從9.5%增加到10.5%，混合料拉伸破壞強度下降了16.2%，斷裂能提高了24%。綜合分析后得出，油石比為9.5%時，橡膠粉瀝青混合料拉伸勁度和拉伸破壞強度試驗檢測值較理想，可確定為最佳油石比。

4 結語

為了檢測橡膠粉瀝青混合料應力吸收層的抗裂性能，進行混合料設計，確定試驗級配和油石比，配制混合料開展DTT試驗，分析試驗結果得出以下結論：

1)隨著試驗溫度的變化，橡膠粉瀝青混合料拉伸勁度、拉伸強度不斷提高，斷裂能不斷下降，混合料拉伸勁度線性相關系數逐漸增大，說明在低溫狀態下混合料性質更接近彈性材料。2)級配2斷裂能最大，拉伸破壞強度也較大，抗裂性能較好，可作為首選級配類型。3)油石比為9.5%時，混合料拉伸勁度和拉伸破壞強度試驗檢測值均較理想，可確定為最佳油石比。