復(fù)合橡膠改性瀝青路面長期性能調(diào)查研究

孫 杰 李自齊

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

甘肅省河西地區(qū)涉及的行政區(qū)域有酒泉市、嘉峪關(guān)市、張掖市、金昌市及武威市，面積約占全國的15%。河西地區(qū)屬于大陸性干旱氣候，日照強(qiáng)烈，晝夜溫差大，降雨稀少，冬季寒冷，夏季高溫。根據(jù)歷年路況跟蹤調(diào)查，裂縫是河西地區(qū)半剛性基層瀝青路面各類病害中最典型、最早出現(xiàn)的病害。裂縫是由荷載、溫度、水分、材料等多因素耦合作用下產(chǎn)生的。河西地區(qū)溫度的反復(fù)變化使得瀝青路面產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，加之日照強(qiáng)烈使瀝青容易老化等因素，使得瀝青路面的應(yīng)力松弛性能降低，最終導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生裂縫。此外，半剛性基層的干縮開裂也是引起這種反射裂縫的主要原因。復(fù)合橡膠改性瀝青具有高低溫性能優(yōu)、抗老化性能優(yōu)的特點(diǎn)；同時(shí)，該瀝青可實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的資源化再利用，可較好地滿足綠色公路建設(shè)的需要。

針對甘肅河西地區(qū)瀝青路面在高溫差條件下易產(chǎn)生疲勞和反射裂縫等問題，養(yǎng)護(hù)單位在養(yǎng)護(hù)維修工程中使用了ARHM-13W復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土罩面[1-7]技術(shù)，效果良好。本文結(jié)合公路技術(shù)狀況評定方法對其應(yīng)用效果進(jìn)行調(diào)查分析。

1 復(fù)合橡膠改性瀝青應(yīng)用特點(diǎn)

橡膠瀝青的應(yīng)用有利于降低工程造價(jià)，提高路面性能，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源的再生利用，但橡膠瀝青中膠粉摻量大，一般在20%~30%左右，膠粉在基質(zhì)瀝青中無法充分分散溶解，致使橡膠瀝青存在黏度大、儲存穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。在橡膠瀝青中摻加2.0%左右的SBS改性劑，可顯著提高路用瀝青的高低溫性能和力學(xué)性能，以改善路面使用效果，達(dá)到延長使用壽命的目的。

2 工程概況

2.1 道路現(xiàn)狀

甘肅河西地區(qū)該高速公路于2005年開工，2007年建成通車。運(yùn)營前期交通量較少，路面病害還未突顯出來。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，交通量逐漸增大，特別是過境車輛大量增加，重車、超載車輛比例大幅度增長，大面積誘發(fā)路面裂縫等病害，路面行駛質(zhì)量大幅度降低。溫縮裂縫和基層反射裂縫是該地區(qū)主要路面裂縫形式。

由于河西地區(qū)溫差大，溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使得瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。從溫度膨脹系數(shù)分析，瀝青面層大于半剛性基層，由于外露受氣溫和風(fēng)速影響較大，因而在同一地段同一時(shí)間瀝青面層溫縮應(yīng)力大于基層，這也是溫縮裂縫產(chǎn)生的主要原因。溫縮裂縫主要為橫向裂縫和少量縱向裂縫。

此外，路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復(fù)作用引起瀝青結(jié)構(gòu)承受車輪荷載的反復(fù)彎曲作用，結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）值超過疲勞強(qiáng)度時(shí)，底部便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。這種開裂開始大都是形成細(xì)而短的橫向開裂，繼而逐漸擴(kuò)展成網(wǎng)狀，開裂的寬度和范圍不斷擴(kuò)大。

該高速公路原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土路面，具體路面結(jié)構(gòu)為：（5+7）cm瀝青路面+50/55cm水泥穩(wěn)定砂礫基層。

2.2 養(yǎng)護(hù)工程維修方案

針對現(xiàn)有路面嚴(yán)重的裂縫病害，采用銑刨路面5cm，局部病害處治后鋪筑5cm SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W的方案，下設(shè)橡膠瀝青碎石封層。橡膠瀝青中膠粉添加計(jì)量控制在瀝青重量的20%~30%（外摻），瀝青混合料面層用橡膠瀝青摻加2.0%SBS改性劑。

斷級配復(fù)合橡膠改性瀝青混合料（ARHW-13W）均采用SMA級配構(gòu)成原理設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾擊實(shí)成型數(shù)據(jù)，適量添加礦粉作為填料，級配采用較多粗集料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，通過橡膠瀝青、礦粉及部分細(xì)集料形成的瑪蹄脂填充粗集料空隙，從而形成更好的抗車轍能力，同時(shí)采用較高用量的橡膠瀝青，其抗疲勞性能、變形適應(yīng)能力等也會有很大程度提高。

2.3 復(fù)合橡膠改性瀝青鋪筑

河西地區(qū)該高速路實(shí)施5cm SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W路段及時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 ARHW-13W路段實(shí)施歷史統(tǒng)計(jì)

以上路段在實(shí)施養(yǎng)護(hù)之前路面主要以橫向裂縫病害為主，局部路段存在輪跡帶裂縫、行車道修補(bǔ)病害，路面平整度整體較差。2015年實(shí)施的SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土材料與2014年相同，僅進(jìn)行了設(shè)備的改造和混合料級配的調(diào)整。

3 橡膠瀝青路面長期性能調(diào)查與評價(jià)

3.1 2014年實(shí)施ARHW-13W路段性能調(diào)查與評價(jià)

（1）路面現(xiàn)狀（見圖1）。該路段沿線主要以原路面反射裂縫（原路面裂縫處治效果較差）及小于1cm車轍病害為主，局部路段車轍、裂縫病害較為集中，多分布于陡坡、彎道路段。

圖1 2014年養(yǎng)護(hù)后路面現(xiàn)狀（調(diào)查于2021年）

（2）檢測數(shù)據(jù)分析。該段維修后歷年養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)變化情況見圖2。

圖2 2014年養(yǎng)護(hù)路面歷年檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2014 年實(shí)施的5cm SBS 復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W罩面路段，有效抑制了裂縫類病害的發(fā)展，對綜合路用性能提升明顯，2015~2018年路面破損率指標(biāo)PCI整體較高，且保持相對穩(wěn)定，其平均值為98.2，到2019年開始出現(xiàn)明顯衰減，衰減率為6%，之后趨于平穩(wěn)，主要原因?yàn)榫植柯范纬霈F(xiàn)反射裂縫。PQI指標(biāo)整體較穩(wěn)定，年平均衰減率為0.4%，2017年P(guān)QI指標(biāo)出現(xiàn)明顯衰減，主要是由于局部上坡路段行車道車轍病害嚴(yán)重，管養(yǎng)單位對隆起進(jìn)行了銑刨處治。

3.2 2015年實(shí)施ARHW-13W路段性能調(diào)查與評價(jià)

（1）路面現(xiàn)狀（見圖3）。

圖3 2015年養(yǎng)護(hù)后路面現(xiàn)狀（調(diào)查于2021年）

該路段主要以橫向裂縫病害為主（裂縫寬度平均≤2mm），部分路段存在小于1cm車轍病害，同時(shí)沿線局部行車道橫向貫通裂縫向唧漿病害發(fā)展，通過近年日常小修保養(yǎng)呈連片修補(bǔ)病害。

（2）檢測數(shù)據(jù)分析。

該段維修后歷年養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)變化情況見圖4。

圖4 2015年養(yǎng)護(hù)路面歷年檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2015 年實(shí)施5cm SBS 復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W罩面工程有效抑制了裂縫類病害的發(fā)展，對綜合路用性能提升明顯，2016~2020年路面破損率指標(biāo)PCI整體較高，且保持相對穩(wěn)定，其平均值為97.2，到2019年開始出現(xiàn)明顯衰減，主要原因?yàn)榫植柯范纬霈F(xiàn)反射裂縫。

4 結(jié)束語

通過對SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土路面長期性能調(diào)查與評價(jià)，得出如下結(jié)論：

（1）2014年實(shí)施的SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土罩面路段后期普遍出現(xiàn)了車轍病害，通過不斷積累經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備改造，混合料級配調(diào)整，2015年鋪筑的SBS復(fù)合橡膠改性瀝青混凝土罩面整體使用效果良好，特別是對于裂縫的抑制作用明顯，截止2020年底，除部分路段存在少量橫向反射裂縫及輕度車轍外，再無其它明顯路面病害。

（2）2015年實(shí)施罩面路段PQI檢測指標(biāo)（2020年檢測數(shù)據(jù)）為93.1，從檢測數(shù)據(jù)及衰減趨勢來看，預(yù)計(jì)使用年限可達(dá)6~8年，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。