改性瀝青應力吸收層路用性能研究

蔣琳

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

在產生病害的水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層，即“白改黑”，是改造維修病害水泥混凝土路面的主要方式[1]。然而，在行車荷載和溫度荷載的共同作用下，舊水泥混凝土路面加鋪層很容易出現反射裂縫。反射裂縫不僅破壞了路面的整體性，影響車輛通行，還為路表水下滲提供了通道，不僅損害路基強度和剛度，還會引起唧泥、加大瀝青加鋪層裂縫寬度等現象，使得加鋪層的路用性能下降。為了提高瀝青加鋪層的服役性能，在舊水泥混凝土面層與瀝青混凝土路面之間設置應力吸收層，可以改善路面結構的應力狀態，有效地防止和延緩反射裂縫的發生和擴展[2]。

目前，國內普遍采用的應力吸收層主要有SBS 改性瀝青、橡膠瀝青和橡膠粉/SBS 復合改性瀝青應力吸收層[3]。本文將從高溫穩定性、低溫抗裂性、抗水損害特性等方面來評價改性瀝青應力吸收層的路用性能。

1 原材料性能試驗

1.1 瀝青性能

依據規范對三種瀝青的基本性能進行試驗，結果如表1 所示。

表1 三種瀝青基本性能試驗結果

1.2 細集料

應力吸收層中，礦粉和集料是懸浮在瀝青膠結料中的，其中集料在4.75mm 篩孔的累計篩余為0～10%，說明集料主要選用細集料（機制砂或石屑）。對于細集料，要求潔凈、干燥、無風化、無雜質，并有適當的顆粒級配。對細集料進行性能試驗，結果如表2所示。

表2 細集料性能試驗結果

1.3 礦粉

應力吸收層中的礦粉須采用憎水性石料經磨細得到，要求干燥、潔凈。對礦粉進行性能試驗，結果如表3 所示。

表3 礦粉性能試驗結果

2 應力吸收層混合料測試方法

2.1 高溫穩定性能

高溫穩定性不僅要求瀝青路面在行車荷載的反復作用下不會由于永久變形的累積而導致道路表面出現車轍，還要求瀝青路面在高溫條件和水平荷載作用下不會因為抗剪強度不足而產生泛油、擁包等表面形態變化[4]。高溫穩定性用動穩定度（DS）表示。動穩定度越大，瀝青混合料的高溫穩定性能越好。

應力吸收層瀝青混合料屬于富瀝青砂懸浮密實結構，級配極細，粒徑偏小。此種混合料中礦粉和瀝青用量偏多，因此，應力吸收層混合料的強度主要來源于瀝青膠漿與集料間的黏結力[5]。本文評價高溫穩定性能采用車轍試驗。

2.2 低溫抗裂性能

水泥混凝土路面的裂縫根據成因可以分為兩部分：一是溫縮裂縫，二是混凝土路面鋪設時的預設裂縫。當應力吸收層的低溫柔韌性能較差時，混凝土路面產生的裂縫就會從混凝土路面擴展至瀝青面層。因此，瀝青混合料應力吸收層的低溫柔韌性能在路面加鋪層設計中非常重要。評價低溫抗裂性的方法是低溫條件下（-10℃）的小梁彎曲試驗。

2.3 水穩定性

水進入瀝青混合料內后，會滲入瀝青與集料之間，降低黏附性，使得瀝青混合料性能下降。應力吸收層可以將其用作防水密封層，所以水穩定性對水泥混凝土路面的改造顯得非常重要。本文采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價水穩定性。

3 應力吸收層瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩定性

用車轍試驗成型機碾壓成型300mm×300mm×50mm 的板塊狀試件，將試件連同試模一起在常溫條件下靜置48h，然后進行車轍試驗，測試其動穩定度。結果如表4 所示。

表4 動穩定度試驗結果

動穩定度與瀝青的抗剪切性能是有關的，瀝青的抗剪切性能越好、剪切模量越高，瀝青混合料的抗車轍性能就越好。SBS 改性瀝青應力吸收層混合料動穩定度相對于橡膠瀝青增大48%，橡膠粉/SBS 復合改性瀝青相對于橡膠瀝青則增大66%左右。因此，從高溫穩定性的角度出發，認為采用橡膠粉/SBS 復合改性瀝青制備應力吸收層混合料是較好的。

3.2 低溫抗裂性能

應力吸收層作為中間層較一般的瀝青面層受力更復雜，其底部與水泥混凝土路面的裂縫相接，降溫時，除了受到溫度應力之外，還要承受來自底部水泥路面裂縫進一步擴展的拉應力。因此，應力吸收層瀝青混合料的低溫性能至關重要。低溫彎曲試驗結果如表5 所示。

表5 低溫彎曲試驗結果

分析表5 中指標可以看出，橡膠粉/SBS 復合改性瀝青破壞時的最大彎拉應變最大、彎曲勁度模量最小，說明橡膠粉/SBS 復合改性瀝青的低溫抗裂性能最好；SBS 改性瀝青的最大彎拉應變略小于橡膠瀝青，而其彎曲勁度模量略大于橡膠瀝青，說明SBS 改性瀝青的低溫抗裂性能較橡膠瀝青有所降低。綜上所述，橡膠粉/SBS 復合改性瀝青在低溫彎曲性能方面較橡膠瀝青和SBS 改性瀝青有顯著的優勢。

由于橡膠粉/SBS 復合改性瀝青具有低溫延展性好、柔韌性強的特點，當采用它拌和應力吸收層瀝青混合料時，在相同的破壞荷載作用下，應力吸收層瀝青混合料的跨中撓度比較大，在低溫條件下表現出良好的抗變形能力，使得應力吸收層具有良好的消解水泥混凝土面板接縫處或剛性基層的應力集中現象，降低了裂縫尖端的應力峰值，使裂縫不會迅速擴展，延緩反射裂縫向面層的擴展速度。

3.3 水穩定性

3.3.1 浸水馬歇爾試驗

按照規定的級配和油石比分別制備馬歇爾試件，然后進行浸水馬歇爾試驗，結果如表6 所示。

表6 馬歇爾殘留穩定度試驗結果

應力吸收層瀝青混合料是空隙率在2%以內的富瀝青砂懸浮密實結構，因此，馬歇爾試件的殘留穩定度均較高，其中橡膠瀝青應力吸收層混合料的殘留穩定度略低于其他兩種瀝青混合料的殘留穩定度。綜合混合料結構和試驗數據來看，應力吸收層瀝青混合料瀝青含量大、瀝青膜較厚，體現出瀝青與集料膠結作用強，宏觀表現出改性瀝青混合料具有良好的抗水損害性能。

3.3.2 凍融劈裂試驗

按照規定的級配和油石比分別制備馬歇爾試件，然后進行凍融劈裂試驗，結果如表7 所示。

表7 凍融劈裂試驗結果

由表7 試驗結果可以看出，三種改性瀝青應力吸收層混合料馬歇爾試件的凍融劈裂強度比（TSR）均大于90%。分析數據可以發現，凍融前后瀝青混合料試件因凍融作用其劈裂強度有所下降，但依然有較好的抗凍融性能。橡膠瀝青凍融劈裂強度比小于其他兩種改性瀝青的凍融劈裂強度比。其中，SBS 改性瀝青和橡膠粉/SBS 復合改性瀝青的凍融劈裂強度比接近，說明對應力吸收層而言，盡管橡膠粉/SBS 復合改性瀝青和SBS 改性瀝青的性能有一定差異，但它對混合料的凍融劈裂強度比影響較小。

4 結論

本文對橡膠瀝青、SBS 改性瀝青及橡膠粉/SBS 復合改性瀝青的應力吸收層路用性能進行研究，得出以下結論。

第一，橡膠粉/SBS 復合改性瀝青的抗剪切性能好、剪切模量高，因此采用橡膠粉/SBS 復合改性瀝青制備應力吸收層混合料其高溫穩定性能好。

第二，橡膠粉/SBS 復合改性瀝青具有良好的柔韌性和低溫延展性，因此由橡膠粉/SBS 復合改性瀝青制備應力吸收層混合料其低溫抗裂性優于SBS 改性瀝青和橡膠瀝青應力吸收層混合料。

第三，應力吸收層瀝青混合料是空隙率在2% 以內的富瀝青砂懸浮密實結構，瀝青含量大、瀝青與集料膠結作用強，使得改性瀝青應力吸收層混合料具有良好的抗水損害性能。

綜上所述，采用橡膠粉/SBS 復合改性瀝青制備應力吸收層具有顯著優勢。