橡胶颗粒沥青混合料在冰雪地区道路的应用

2016-11-15赵雅琴

城市道桥与防洪 2016年1期

关键词：集料冰雪橡胶

赵雅琴

（天津海滨大道建设发展有限公司，天津市　300122）

橡胶颗粒沥青混合料在冰雪地区道路的应用

赵雅琴

（天津海滨大道建设发展有限公司，天津市300122）

冰雪地区的道路安全问题一直困扰道路交通部门，对路面抑制冰雪技术进行研究具有重要意义。橡胶沥青混合料是将橡胶沥青颗粒直接以骨料的形式掺入混合料代替部分集料形成新型的沥青混合料。橡胶颗粒的掺入能够帮助路面有效抑制积雪结冰，为冰雪地区的道路行车安全提供了解决方案。就橡胶沥青混合料路面和普通沥青路面的使用性能进行了观测和对比，发现橡胶颗粒的掺入能够提高沥青混合料路面的除冰性能、抗滑性能和抗变形能力，既有利于行车安全又能增强路面的耐久性。

橡胶颗粒沥青混合料；冰雪地区；试验路；性能

0　引言

我国北方地区的道路在冬季经常因冰雪天气的影响而造成路面积雪结冰。路面积雪在行车荷载和外界温度影响下很容易结冰，大大降低路面的附着系数，车辆在结冰路面上行驶容易打滑，而且冰雪路面在光的照射下容易反光，影响驾驶员视线，所以冰雪路面严重降低了行车安全性。从我国的交通事故统计资料中也不难发现，冬季因道路积雪结冰而引发的交通事故比例能够达到35%以上。在通车的道路上组织除冰雪，需要封闭部分交通，不仅影响道路通行，还需要投入一定的人力物力，所以选择一种材料直接掺入混合料中用于路面铺装帮助路面有效抑制积雪结冰，是一种值得研究的方法。废橡胶在道路铺装中的利用不仅能够减少环境污染，还能有效增强道路的性能［1］。根据国内外对橡胶颗粒的研究，尝试在试验路段添加橡胶颗粒，并在相同施工条件下和普通沥青路面进行对比。通过定期观测和检测表明，添加该种材料后，沥青混合料路面可以在一定程度上满足冰雪地区道路对安全等方面的要求。

1　试验路概况

试验路于2012年铺筑完成，为一条二级公路单幅路面中的一段，路长300 m，该试验路段为双向2车道，路基和路面全宽分别为12.5 m、7.5 m，路面结构的组合情况如表1所示。

2　橡胶颗粒沥青混合料的材料组成

2.1集料级配组成

根据查阅的研究资料和工程经验发现，细粒式混合料中主要起嵌挤作用的是粒径大于4.75 mm的粒料，所以本试验作为骨架的三挡集料分别是13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm，粗集料的级配采用均匀设计法确定，马歇尔击实法用以测定空隙率。细集料的级配按照粗集料的级配组成逐级填充，最终以细集料即将破坏骨架为限得到每档集料的数量［2］。橡胶颗粒的确定根据粗细集料的分析计算得出。设计级配如表2所示。

2.2最佳沥青用量

将混合料成型马歇尔试件按照马歇尔击实试件的方法测定密度、空隙率和稳定度，最终按照测定的指标综合确定本试验的最佳沥青用量为6.2%。

3　试验路的铺筑与检测

试验路面层所用橡胶颗粒沥青混合料要求有良好的拌合质量，路面压实后的压实度也应符合规范的要求。根据经验和试验研究，确定混合料的拌和、压实工艺如表3所示。

表2　集料的级配组成

表3　试验路的铺筑工艺

试验路铺筑完毕后，通过取芯抽检的方法对面层进行了厚度和压实度的检测，结果如表4所示。

表4　试验路的厚度和压实度检测情况

检测结果表明，面层的厚度和压实度均满足规范要求。

4　路用性能观测

在2013年和2014年对试验路的使用性能做了一系列观测，对掺加橡胶颗粒的路面和未掺加橡胶颗粒的普通路面进行了对比分析。

4.1除冰性能

根据道路空间跨度大、监测工作量大等特点，将路面露出率作为评价除冰雪性能的指标，即在车辆行驶的路面范围内，冰雪破除后露出的路面面积与检测路段路面面积之比。若交通量和其他的温度条件、冰雪厚度条件相同，路面露出率越高说明性能越好［3］。由于露出率受冰雪覆盖情况、行车荷载的大小以及观测时间等多方面因素的影响，所以观测时间定为冰雪覆盖厚度较小、温度相对适中的时候进行。

在本试验中，为了保证结果的可靠性，分别于2013年、2014年的两个冬季对不同积冰厚度、不同温度条件的试验路段进行除冰检测，同时也和普通路面进行同期监测，进行对比分析。行车道宽度定为检测宽度，检测长度定为5 m。观测在一天内的两个不同时段进行，间隔时间为7 h，检测结果如表5所示。

表5　不同时间的路面露出率观测数据

由表5可以看出，连续两年在相同温度和交通量的条件下，与普通沥青路面相比橡胶颗粒沥青路面的露出率普遍较大，而且在同一天内两个不同时段的检测结果相比，橡胶颗粒路面露出率的增长速度明显大于普通沥青路面。以2013年12月的数据为例，普通沥青路面第一次和第二次观测的露出率分别为17%、40%，增长率为23%，橡胶颗粒沥青路面第一次和第二次观测的露出率分别为22%、53%，增长率为31%，其他几组数据也显示了这一规律。在观测过程中还发现，相对于普通沥青路面来说，橡胶颗粒沥青路面与冰层的黏结力较弱，路面上的冰层容易清除。

4.2抗滑性能

抗滑性是用来表征路面表面特性的重要指标。路面的抗滑性能通常用构造深度和摩擦系数来评价，在其他条件相同的情况下构造深度和摩擦系数越大说明抗滑性能越好［4］。本试验中分别采用铺砂法测定构造深度、摆式摩擦仪测摆值方法测定摩擦系数，对试验路进行了定期观测，结果如图1和图2所示。

从图1、图2可以看出：（1）橡胶沥青颗粒沥青路面和普通沥青路面的抗滑性能随着使用时间的增长成衰减趋势，但是所观测的橡胶沥青颗粒路面的构造深度和摩擦系数均能满足规范要求值以上；（2）相同观测时间下，橡胶颗粒沥青路面的构造深度和摩擦系数均明显大于普通沥青路面；（3）从构造深度的试验结果来看，橡胶颗粒沥青路面均能大于规范对构造深度不小于0.55 mm的要求范围，橡胶沥青颗粒两年的衰减率为24.7%，低于普通沥青路面的37.5%；（4）从摩擦系数的试验结果来看，橡胶颗粒沥青路面的衰减率为20.3%，仍然低于普通沥青路面的36.4%。说明橡胶颗粒沥青路面在抗滑性能方面优于普通沥青路面。

图1　不同观测时间的构造深度

图2　不同观测时间的摩擦系数

4.3路面弯沉

为了研究橡胶颗粒的掺入对沥青路面抗变形能力的影响，通过贝克曼梁法对试验路的弯沉值进行了检测。检测结果如图3所示。

图3　不同时间的弯沉值

通过检测结果可以发现：相对于普通沥青路面来讲，橡胶颗粒沥青路面的弯沉值要大，这是因为橡胶颗粒具有较好的柔韧性和弹性变形能力，能够增强路面恢复变形的能力，从而使得弯沉值增大［5］；另外，两种沥青路面的弯沉值都是呈现先降低后增大的趋势，这基本与半刚性基层沥青路面的强度发展规律相一致，竣工初期材料的强度会有所增长，而且在交通荷载的作用下材料更加密实，使得路面的整体强度增加，弯沉值减小；此后，随着使用年限的增长、交通荷载的增加以及外界环境等多种因素的影响，路面内部破损逐渐扩展，导致路面强度下降，弯沉值随之增大［6］。但是两种沥青路面的弯沉值的增长规律不同，橡胶颗粒沥青路面初期增长速率较大，随着使用年限的增加，增长速率逐渐减弱。2013年7月至2014年7月，三次不同的观测时间弯沉值增长率由12.5%减少为5.6%，而普通沥青路面的增长率则随着使用年限的增加不断增大，由23.1%增长为25%，这说明橡胶颗粒的加入能够增强沥青路面的抗变形能力和耐久性。

4.4路面平整度

平整度一般用来评价路面的施工质量和服务水平，本文对路面平整度的测定采用直尺法，每100 m连续抽检10尺，将每一尺的最大值记录下来作为测定值。测定的结果如图4所示。

图4　不同观测时间的平整度

从图4中可以看出，两种路面的平整度随着使用年限的增加均呈现先衰减后趋于稳定的趋势，而且与普通沥青路面相比，橡胶颗粒沥青路面的变化更加强烈。同一监测时间橡胶颗粒沥青路面的平整度比普通沥青路面要差，这是由橡胶沥青颗粒引起的，但是因为它较好的弹性变形能力，会降低对车辆的附加振动作用，减弱行车颠簸，因此对行车安全和减少路面的破坏都有良好效果［7］。而且，突出的橡胶颗粒还能增大车辆轮胎与路面之间的摩擦力，有利于行车安全，对于冰雪地区湿滑路面来说，行车安全性的提高比普通地区更加重要。