穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究

曹帥 黃雅寧

摘 要：隨著交通基礎工程建設規模的持續擴大，瀝青路面因其優異的性能在公路施工中得到了廣泛應用。在瀝青材料中摻加適量橡膠粉，制作成穩定型橡膠改性瀝青，在提高材料性能的同時，還能達到節能減排、保護環境的目的。為此，從高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性等方面，研究穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的路用性能。

關鍵詞：穩定型橡膠改性瀝青；超薄磨耗層；路用性能；高溫穩定性

中圖分類號：TU535? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0018-03

0 引言

為推進綠色交通高質量發展，助力交通強國建設，需研發新型瀝青材料，重視路面原材料的科學應用。穩定型橡膠改性瀝青是一種新型橡膠瀝青產品，其具有良好的穩定性、不離析、不分層，在多種混合料中得到了廣泛的應用。為此，開展穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究，具有十分重要的意義[1]。

1 高溫穩定性能分析

作為一種粘彈性材料，瀝青混合料受高溫因素影響，將會產生不可逆的塑性變形。為了保證路面施工質量，需提前檢驗混合料的穩定性，其中多采用車轍試驗檢測瀝青混合料的高溫穩定性。

利用道路試驗車隨機進行數據采集，以此準確評估路面的高溫穩定性。在試驗中，需要對道路的整體抗變形能力有所了解，適當增加道路的負荷能力。試驗時，要先制作完成穩定型瀝青橡膠混合料試件，并在室溫條件下，將試件、模具放置24 h以上，待混合試件經低溫冷卻凝固之后，便可開展試壓實驗，合理控制靜置時間。完成實驗后，需及時測量試樣的馬歇爾穩定度、組合車轍試驗動穩定度，所得結果如表1所示。

由表1可知，穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的高溫性能符合要求。馬歇爾穩定度方面，技術要求>8 kN，試驗組1與組2均在8 kN以上，可滿足要求。重交通環境下，表面層橡膠瀝青混合料的標準>2 500次/mm，試驗組1與組2均可滿足規定。試驗結果表明，在抗車轍能力方面，穩定型橡膠改性超薄磨耗層具有良好的應用效果[2]。

2 低溫抗裂性能分析

小梁彎曲試驗時，檢測瀝青混合料低溫抗裂性能多采用低溫破壞應變、極限強度等，這些指標均可反映低溫條件下，瀝青混合料在外部應力荷載變化下的適應情況。隨著低溫破壞應變的增大，在低溫環境下瀝青混合料的抗裂能力則會增強。試驗中，溫度控制在-10℃，加載速率為5 cm/min。試驗結果如表2所示。

根據表2可見，穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的極限破壞應變，滿足技術要求（>2 800 με），試驗組獲取的結果均>3 000 με。此類混合料具有非常好的抗低溫開裂性能。

3 穩定性能分析

在雨水、冬季凍融循環等因素影響下，瀝青混合料內瀝青、石料之間的粘結性能將會大大下降，甚至會出現不同程度的路面病害，比如路面松散等。在此背景下所形成的路面病害，均可看作是瀝青路面水損害。此外，瀝青路面水損害產生的很大原因還包括混合料水穩定性較差。

3.1 浸水馬歇爾試驗

在浸水馬歇爾試驗中，需在60℃恒溫水槽內，放置穩定型橡膠改性瀝青混合料試件，保溫時間控制在48 h。隨后進行試件穩定度檢驗，以此獲取浸水殘留穩定度。試驗結果如表3所示。由表3可知，相比技術要求，浸水馬歇爾殘留穩定度均可滿足規定，且在85%以上，說明穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的水穩定性良好。

3.2 凍融劈裂試驗

在凍融劈裂試驗中，需分兩組設置標準馬歇爾試件。組1在25℃水溫條件下，靜置2 h，試驗過程中詳細記錄試件的劈裂強度。組2在25℃環境下，試件浸水20 min，并真空（0.09 MPa）浸水15 min，隨后進入常壓狀態。試件放置-18℃冰箱內，時間控制在16 h。25℃水溫環境下，進行2 h浸泡，最后進行劈裂強度檢測。劈裂強度計算如公式（1）所示。

R=0.006287FT/h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：劈裂強度為R，單位是MPa。劈裂壓力為FT，單位是N；馬歇爾試件高度為h，單位是mm。

殘留強度計算如公式（2）所示。

R0=R2/R1×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：1級強度為R1；2級強度為R2；殘留強度為R0。

根據公式分析，當殘留強度較大的情況下，則表明瀝青混合料具有較好的抗水害能力。具體試驗結果如表4所示。由表4所示，相比現行規范要求，混合料凍融劈裂強度比大于80%，表明其水穩定性良好。

4 層間粘結性能分析

我國瀝青路面結構設計的理論基礎，是以彈性層狀體系為基礎的力學經驗法。在彈性層狀理論當中，層間屬于連續狀態。但大量實踐發現，瀝青路面基本上屬于半滑動、全滑動的狀態，很難實現完全的連續狀態，若層間聯結不到位，相比完全連續狀態下的路面應力應變狀態，路面結構受力狀態存在極大差距。

層間粘結效果不佳，還會產生車轍之類的路面病害，從而影響瀝青路面的路用性能和使用年限[3-5]。為此，在路面結構設計過程中，需重視層間粘結性能，比如合理使用粘層油，能夠很好地提升瀝青路面層間粘結效果，并提升其抗剪能力。

一般情況下，層間粘結性能檢測評價多采用直接剪切試驗法。這種試驗法的模擬效果良好，能夠很好地反映瀝青路面各層間的粘結能力。在本文層間粘結性能評價采用拉拔試驗，獲取粘結強度。

試驗時，在25℃環境下，先進行AC-16（70#瀝青）鋪設，厚度為5 cm。隨后在其上進行橡膠改性瀝青磨耗層鋪設，厚度為2.5 cm。將研究重點放在各類粘結層是否會影響層間粘結強度。在層與層之間無需撒鋪任何改性乳化瀝青，以便生成無粘結層、普通乳化、改性乳化3種不同層間粘結狀態，待制成試件后，即可進行拉拔試驗。所得試驗結果如表5所示。

由表5可見，25℃環境下，于層間穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層粘結強度而言，粘結措施不同，則影響效果也存有一定差異。相比普通乳化瀝青粘層，改性乳化瀝青粘層的強度較高，3種不同粘結層類型中，粘結強度由高到低依次為改性乳化>普通乳化>無粘結層。按照現行規定，粘結強度應控制在0.3 MPa以上，其中改性乳化瀝青粘層層間粘結強度滿足規定要求。

5 抗壓回彈模量分析

我國瀝青路面結構設計的主要參數包括抗壓回彈模量，相比其他試驗，瀝青混合料抗壓回彈模量試驗具有設備簡單、操作方便、費用低等優勢，因此應用較為廣泛。

為了解磨耗層是否會影響路面的受力狀態，本文進行了抗壓回彈模量試驗，試驗中采取逐步加載卸載的方法。本試驗采用了兩種不同混合料進行對比分析，在20℃條件下分3組完成，最終取平均值。此外，為確定橡膠粉摻量是否影響混合料的回彈模量，分別檢驗了10%、20%兩種不同摻量的橡膠改性瀝青，具體結果如表6所示。

由表6可得，相比橡膠瀝青混合料，普通瀝青混合料的回彈模量較小。隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青混合料的回彈模量并沒有增加，卻有所下降。

在瀝青混合料中，橡膠粉能起到增粘、填充的效果。當摻量較小的情況下，橡膠粉的主要作用為增加粘結性。但是隨著摻量的不斷增加，大于最佳范圍時，那么橡膠粉的作用就會轉變為填充。這種情況大幅增加瀝青混合料內粗集料顆粒的間距，影響混合料的密實結構。橡膠粉的彈性較好，會降低瀝青混合料的抗壓回彈模量。簡單來講，隨著橡膠粉摻量越來越高，混合料的回彈模量則會越來越小[6-7]。因此，在使用過程中，需要合理控制橡膠粉的摻量。

6 結束語

作為一種預防性養護技術，穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路面性能對其施工效果影響較大。本文通過不同試驗對該橡膠改性瀝青混合料的高溫、低溫、水穩定性等性能進行評價與分析，表明穩定型橡膠改性瀝青混合料性能良好，將其用于路面超薄磨耗層施工，施工效果顯著。

參考文獻

[1]張兵.穩定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層的應用研究[D].西安：長安大學，2019.

[2]謝世平，吉鑫.穩定型橡膠改性瀝青路用性能研究[J].石油瀝青，2018（4）：1-5.

[3]馮志強.超薄磨耗層溫拌橡膠瀝青混合料性能研究[J].公路，2021，66（11）：14-20.

[4]任興榮.超薄磨耗層技術在公路養護中的應用[J].中國公路，2022（2）：99-100.

[5]唐俊.超薄磨耗層技術在道路養護中的應用研究[J].工程技術研究，2022，7（2）：59-61.

[6]吳宇浩，肖鵬，吳幫偉，等.超薄磨耗層加鋪路面層間抗剪性能試驗[J].中國科技論文，2022，17（7）：739-745+758.

[7]曹志飛.瀝青與級配對超薄磨耗層路用性能及抗滑噪聲特性影響[D].西安：長安大學，2020.