聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料路用性能与降噪特性

李艳青

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

0 引言

微表处是采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料铺设在原路面上的快凝型薄层罩面。其具有开放交通快、施工效率高、施工季节长、经济效益好、低能耗、绿色环保等诸多优势，目前我国已进入道路养护时代，大量已有的道路面临巨大的养护压力，微表处经过多年的推广和应用，已得到了道路行业的广泛认可[1-2]。然而，微表处在摊铺过程中易出现纵横向刮痕、跑浆等，在服役期间出现了水稳定性、抗裂性能及耐久性不足，产生车辙、蜕皮、掉粒等一系列病害，并且大量工程实践和研究数据表明[3-9]，由于微表处路面各个凸起集料的上表面之间存在一定高度差，表面密实饱满程度较差，导致行车时轮胎碾压在大小不一的集料时产生高频低幅的振动，因此微表处路面行车噪声比普通沥青路面要高出3～4 dB，尤其是隧道和城市道路，噪声过大会对道路参与者的心理产生不良影响，影响行车安全，这严重影响微表处的推广与应用。

为了提高微表处的性能和降低行车噪声，国内外学者进行了大量相关研究，美国学者在微表处混合料中添加了5%聚乙烯纤维和5%橡胶颗粒，研究了柔性降噪微表处技术[4]。西班牙和法国学者研究认为采用间断级配的微表处混合料可以获得很好的降噪、排水和抗滑功能[5]。国内也有学者开展了有关改善微表处混合料改善路用性能和降低行车噪音的相关研究，季节[6]、张庆[7]等研究了掺加水性环氧树脂的微表处混合料路用性能和耐久性。黎侃[8]等研究表明，掺加纤维的微表处的耐磨性能、抗疲劳性能得到了显著提高。钟建超[9]、吕权[10]、王宏臣[11]等研究表明，掺加橡胶颗粒或通过优化微表处级配可实现减小微表处混合料行车噪音，掺加3%橡胶粉可以降低噪声4～5 dB(A)，通过添加外掺剂来提高微表处混合料的路用性能，降低微表处路面噪声十分必要[12-15]。为了提高传统微表处耐久性，从而延长微表处的路用寿命，提高低温抗裂性能、改善传统微表处新旧路面粘结性能、降低噪音等综合要求考虑[12]，本文将聚酯纤维与橡胶颗粒复合添加剂掺入微表处混合料中，通过常规拌合试验、粘聚力试验、负荷轮车辙试验综合优化聚酯纤维和橡胶颗粒的掺量，进而采用低温SCB试验、剪切疲劳试验研究纤维橡胶微表处混合料的低温性能与耐久性，选取轮胎振动衰减与室内轨道下滑试验来研究和评价纤维橡胶颗粒微表处混合料的减振与降噪特性，结合实体工程应用情况，未验证纤维橡胶微表处混合料的抗滑、降噪性能。

1 试验原材料及初选配比

试验研究选用的集料为玄武岩，各项技术指标检测结果如表1所示，粗细集料各项指标均满足《指南》要求[16]。采用42.5普通硅酸盐水泥作为填料，水泥掺量为2%(水泥/集料)。所用的橡胶颗粒为西安华珠体育设施集团有限公司生产的橡胶颗粒，粒径为0～3 mm，掺量分别选取0、2%、3%和4%(橡胶颗粒/集料)。SBR改性乳化沥青采用先乳化后改性的工艺，采用FLUKOFM300高速剪切机制备实验室自制而成，乳化剂与改性剂为美德维实维克公司生产的MQI-1D和PC-1468，采用盐酸为调节剂，SBR改性乳化沥青主要技术指标见表2。采用工程实体工程中选用的聚酯纤维，纤维主要技术指标见表3，试验研究初选的聚酯纤维掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%(聚酯纤维/集料)。采用国内常用的MS-3型微表处矿料级配，合成级配见表4。拌合用水为西安地区自来水。

表1 集料技术性能Table1 Technicalperformanceofaggregate材料名称试验项目规范限值试验结果试验方法石料压碎值/%<2618T0316洛杉矶磨耗损失/%<2822T0317粗集料石料磨光值BPN>4253T0321坚固性/%<129.5T0314针片状含量/%<1515.2T0312细集料坚固性/%<129.5T0340矿料砂当量/%>6567T0334

表2 SBR改性乳化沥青性能Table2 PerformanceofSBRmodifiedemulsifiedasphalt项目技术要求试验结果试验方法粒子电荷阳离子(+)阳离子(+)T0653残留物含量/%≥6263.1T0651溶解度/%≥97.599.5T0607蒸发残留物针入度/(0.1mm)40^9072T0604延度/cm≥2034.8T0605软化点/℃≥5760.1T0606常温储存稳定性1d<10.5T06555d<52.3T0655

表3 聚酯纤维性能指标Table3 Polyesterfiberperformanceindicators项目直径/μm长度/mm比表面积/(m2·g-1)抗拉强度/MPa伸长率/%烧失量/%吸油率/倍试验结果204^60.14553033.81.43.25

表4 MS-3型矿料级配设计Table4 MS-3typegradingdesign不同筛孔尺寸(mm)级配设计/%9.51001001004.7584.48070^902.3655.757.545^701.1841.63028^500.629.726.519^340.320.118.512^250.1514.912.5 7^180.0759.710 5^15

2 聚酯纤维-橡胶微表处混合料材料组成优化

试验时变化聚酯纤维掺量为0～0.3%，橡胶颗粒掺量为0～4%，聚酯纤维和橡胶颗粒以外掺工艺添加，先将预定质量的聚酯纤维、橡胶粉与集料一起拌合均匀，再加入水，最后加入SBR改性乳化沥青。预估最佳SBR改性乳化沥青用量为9%，间隔1%,从8%～10%变化3组SBR改性乳化沥青用量，固定水泥掺量和流体含量(乳化沥青+拌合用水量)分别为2.0%、20%(根据乳化沥青用量变化拌合用水量，如乳化沥青用量为9%，则拌合用水量为11%)。按照《微表处和稀浆封层技术指南》要求，采用拌合试验、粘聚力试验、负荷轮车辙试验综合优化聚酯纤维和橡胶颗粒的掺量，试验结果见表5～表7。

表5 拌合试验结果Table5 Mixingtestresults聚酯纤维掺量/%乳化沥青用量/%以下橡胶粉掺量(%)的可拌合时间/s02348153165179191091611731861991016717719420681441531621770.191511611721861015716818619081381471551620.291461541651721015216017718481301421481550.3913814715916210147154164171

表6 粘聚力试验结果Table6 Resultsofcohesiontest聚酯纤维掺量/%乳化沥青用量/%以下橡胶粉掺量(%)的粘聚力/(N·m)023481.2(2.2)1.1(1.9)0.9(1.6)0.5(1.4)091.4(2.4)1.2(2.2)1.1(1.8)0.7(1.7)101.1(2.0)0.9(1.7)0.7(1.7)0.6(1.3)81.3(2.3)1.2(2.1)1.0(1.9)0.7(1.6)0.191.5(2.5)1.3(2.3)1.1(2.1)0.9(1.8)101.4(2.4)1.2(2.2)1.1(2.0)0.8(1.9)81.5(2.4)1.3(2.1)1.2(1.9)0.9(1.7)0.291.6(2.7)1.5(2.5)1.4(2.3)1.1(2.1)101.5(2.4)1.4(2.2)1.3(2.1)1.2(2.0)81.2(2.1)1.0(1.9)0.8(1.7)0.6(1.4)0.391.4(2.4)1.2(2.1)1.0(1.9)0.9(1.6)101.3(2.2)1.1(2.0)0.9(1.8)0.7(1.5)注:()内为浸水6d湿轮磨耗值。

表7 负荷轮车辙试验结果Table7 Loadwheelruttingtestresults聚酯纤维掺量/%乳化沥青用量/%以下橡胶粉掺量(%)的轮辙变形率023483.84.55.26.7093.34.24.75.4104.15.35.75.982.63.34.15.30.192.22.93.84.3102.12.63.24.181.92.53.13.90.291.21.92.33.1101.01.52.22.982.43.14.25.10.392.23.03.84.6102.73.84.44.5

由表5拌合试验结果可知:①聚酯纤维-橡胶微表处混合料的拌合时间随SBR改性乳化沥青用量增大而增大，乳化沥青用量越高，微表处成浆时沥青在集料表面形成的沥青膜厚度越大，破乳速度越慢，因此微表处混合料施工和易性提高、施工可操作时间延长。②拌合时间随橡胶颗粒用量增大而减小，在橡胶颗粒掺量达到3%以后，微表处混合料拌合时间明显延长，尤其是橡胶颗粒掺量达到4%时，在聚酯纤维掺量0～0.1%条件下，微表处混合料拌合时间大于180 s，这不利于微表处混合料快速开放交通。③在相同聚酯纤维和SBR改性乳化沥青用量条件下，拌合时间随聚酯纤维掺量增大而减小，这主要是聚酯纤维有一定的吸持沥青能力，且纤维的加筋作用、增黏作用提高了微表处混合料的早期成浆稠度。总体而言，加入聚酯纤维有利于微表处混合料能够快速开放交通，而掺加橡胶颗粒能提高微表处混合料的施工性能，避免了微表处因早期强度形成过快、强度过高而导致的纵横向刮痕病害，在2%～3%橡胶颗粒和0.2%～0.3%聚酯纤维复配方案下，微表处混合料的拌合时间为130～180 s，拌合时间适宜，施工和易性良好。

由表6粘聚力试验结果可知:①在8%～10%SBR改性乳化沥青用量范围内，30、60 min粘聚力随SBR改性乳化沥青用量增加大致呈先减小后增大的趋势，SBR改性乳化沥青的掺加量有一个最佳用量，不同聚酯纤维和橡胶颗粒复配方案下的最佳SBR改性乳化沥青用量略有不同。②30、60 min粘聚力随橡胶颗粒掺量增大而降低，在橡胶颗粒掺量为4%时，粘聚力较难满足现行《微表处和稀浆封层技术指南》要求的30、60 min后粘聚力不小于1.2、2.0 N·m约束值，可以认为橡胶颗粒的掺加量有一个上限值。③随着聚酯纤维掺量增大，粘聚力呈先增大后减小趋势，聚酯纤维掺量超过0.2%后粘聚力出现下降趋势，这主要是纤维的改性效果与其分散均匀程度密切相关，过多的纤维因分散不均匀出现的结团现象，导致微表处混合料内部产生薄弱面，因此聚酯纤维的掺加量存在一个最佳掺量，最终确定聚酯纤维掺量取0.2%较为适宜。

由表7负荷轮车辙试验结果可知，轮辙变形率随聚酯纤维掺量和SBR改性乳化沥青用量增大呈先增大后减小趋势，这与乳化沥青的润滑作用、界面黏附作用以及聚酯纤维的界面增强作用和纤维分散均匀程度有关，加入聚酯纤维后，微表处混合料抗车辙能力提高，但也有一个最佳聚酯纤维掺量。掺入橡胶颗粒后，微表处混合料抗车辙变形能力降低，随橡胶颗粒掺量的增加，混合料的轮辙变形率显著提高，对于不掺加聚酯纤维的微表处混合料，当橡胶颗粒的掺量为4%时，其轮辙变形率基本达到了5.4%以上，已不能满足《微表处和稀浆封层技术指南》轮辙变形率不大于5.0%规范要求，可以认为橡胶颗粒的掺加量有一个限值。在0.1%～0.3%聚酯纤维+0～3%橡胶颗粒复配方案下，聚酯纤维-橡胶微表处混合料的轮辙变形率不超过4.5%，可见聚酯纤维对橡胶颗粒微表处混合料抗车辙性能有提升作用。

综上可知，在聚酯纤维掺量为0.2%、橡胶颗粒掺量2%～3.0%时，聚酯纤维-橡胶微表处混合料的施工性能和抗车辙性能均满足规范，但考虑到橡胶颗粒的降噪功能的改善效果，最终优化出以下2种聚酯纤维-橡胶微表处混合料材料组成方案：①方案I：0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒+9%SBR改性乳化沥青；②方案II：0.2%聚酯纤维+4%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青。

3 聚酯纤维-橡胶微表处混合料路用性能

对方案I、II微表处混合料的路用性能进行检验，对照组采用普通SBR改性乳化沥青微表处(方案III)、3%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青微表处(方案IV)、0.2%聚酯纤维+9%SBR改性乳化沥青微表处(方案V)。

3.1 湿轮磨耗试验

现行《微表处和稀浆封层技术指南》要求以湿轮磨耗试验控制乳化沥青的最小掺量，湿轮磨耗试验也用于检验稀浆混合料的配伍性和抗水损害能力。不同乳化沥青用量下的湿轮磨耗试验结果见图1。

图1 湿轮磨耗试验

由图1湿轮磨耗试验结果可知：①5种微表处混合料(方案Ⅰ～方案Ⅴ)的湿轮磨耗值均满足《微表处和稀浆封层技术指南》规定浸水1 h、6 d后的湿轮磨耗损失不大于540、800 g/m2的要求。②聚酯纤维微表处混合料(方案Ⅴ)的1 h、6 d湿轮磨耗损失最小，掺加3%、4%橡胶颗粒后，方案Ⅰ、Ⅱ相比方案Ⅴ，1 h湿轮磨耗损失率增大了2.8%、13.9%，浸水6 d后的湿轮磨耗损失增大了3.6%、13.6%，掺加橡胶颗粒对微表处混合料水稳定性和耐磨耗性能有负面影响，橡胶颗粒掺量由3%增大至4%后，聚酯纤维-橡胶微表处混合料的湿轮磨耗值显著增大。分析其原因，橡胶颗粒整体呈现出憎水、憎油的惰性，干涉了乳化沥青在集料表面的成膜状态，劣化了接触界面强度，并且过多的橡胶颗粒，因分散不均匀而发生团聚现象，从而形成薄弱接触界面，因此在湿轮重复荷载作用下易发生剥落、剥离现象。③掺加0.2%聚酯纤维后，微表处混合料浸水1 h、6 d的湿轮磨耗值显著减小，相比方案Ⅳ，方案Ⅴ的浸水1 h、6 d后的湿轮磨耗值降低了12.2%、43.6%，相比方案Ⅳ，Ⅳ方案Ⅰ、Ⅱ浸水6 d后的湿轮磨耗值降低了51.8%、46.6%，同时浸水1 h后的湿轮磨耗值降低了30.2%、22.6%，由此可见，掺加适量聚酯纤维后，微表处混合料耐磨耗性能得到了明显改善，究其原因：纤维在微表处混合料中所形成的空间网状结构，能够起到加筋稳固作用、吸附稳定作用、界面增强作用，对微表处混合料颗粒的移动和脱落起到了限制、约束作用，进而提高了混合料的耐磨耗性能。

3.2 低温SCB试验

微表处位于整个路面的最上层，直接承受外界温度的变化，内部温度应力也最为剧烈，其低温抗开裂性能的优劣对整个路面的低温抗开裂性能影响很大，鉴于此，有必要研究掺加再生料之后微表处混合料的低温抗裂性能。采用-10℃低温SCB试验评价微表处混合料的低温抗裂性能。对方案Ⅰ～方案Ⅴ微表处混合料采用旋转压实法成型直径10 cm，高10 cm圆柱体试样，在60℃鼓风烘箱养生3 d后冷却12 h备用。采用芬兰产双面锯取圆柱体试件中间6 cm部分，并切割成3 cm厚的圆形试件，再将圆形试件其从直径方向对称切开，1个圆柱体试样可切割4个平行试件。SCB试验加载速率为1 mm/min，支点间距为SCB试件直径的0.8倍，以弯拉强度、弯曲应变、破坏应变能为评价指标，试验结果见表7。

表7 低温SCB试验结果Table7 LowtemperatureSCBtestresults试验方案抗弯拉强度/MPa弯拉应变/με劲度模量/MPa破坏应变能/(J·m-2)Ⅰ4.932256.621851683.3Ⅱ4.122076.619841484.6Ⅲ3.641627.822361110.3Ⅳ2.891194.52419806.7Ⅴ5.112573.219861866.2

表7试验结果表明，掺加橡胶颗粒和聚酯纤维对微表处混合料弯拉强度、弯曲应变、破坏应变能有显著影响。5种微表处混合料的弯拉强度、弯曲应变和破坏应变能大小排序一致，2种纤维橡胶微表处混合料低温性能优于SBR微表处混合料，橡胶颗粒微表处混合料低温性能最差，即：0.2%聚酯纤维+9%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅴ)>0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒+9%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅰ)>0.2%聚酯纤维+4%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅱ)>普通SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅲ)>3%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅳ)。对比方案Ⅲ、方案Ⅴ可知，掺加聚酯纤维能显著改善微表处混合料的低温抗裂性能，聚酯纤维微表处混合料在我国北方等寒冷地区有较好的适用性。对比方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，掺加橡胶颗粒对微表处混合料低温性能有负面影响，且橡胶颗粒掺量越大，纤维橡胶微表处混合料低温性能越差。

3.3 抗滑性能

采用构造深度(TD)和摆值(BPN)表征微表处混合料的宏观抗滑性能。试验方法按照JTG E20-2011执行。由表8可见，橡胶颗粒和聚酯纤维的加入对于微表处混合料路面的构造深度和摆值有一定的影响，但影响非常小，构造深度可以满足降雨量大于1 000 mm地区路面抗滑性能的要求。

表8 微表处混合料抗滑性能Table8 Anti-slidingpropertiesofmicro-surfacingmixture试验方案构造深度TD/mm摆值BPNⅠ1.1495Ⅱ1.1093Ⅲ1.2292Ⅳ1.0898Ⅴ1.2096

3.4 剪切疲劳试验

考虑到微表处薄层罩面所处的层位功能和实际的受力环境，针对微表处混合料罩面的主要破坏形式为车辙、蜕皮和剪切推移，采用直接剪切疲劳试验研究纤维橡胶沥青微表处混合料的抗疲劳性能。剪切疲劳试件制备：采用旋转压实法成型直径10 cm，高10 cm圆柱体试样，将试样在60 ℃鼓风烘箱养生3 d后冷却12 h备用，接着采用芬兰产双面锯取圆柱体试件中间6 cm部分，并切割成3 cm厚的圆形试件。用环氧树脂将3 cm厚试件粘贴在马歇尔试件上(见图2)，25 ℃鼓风烘箱放置2 d后备用，待环氧树脂完全固化后进行剪切试验以确保剪切破坏发生在微表处混合料内部，以峰值剪切强度表征微表处混合料的抗剪切性能，每组4个平行试验，试验结果见表9。疲劳试验采用电液同服疲劳试验机，试验温度为25 ℃，采用5 HZ连续式半正矢波形，控制应力水平为0.1、0.2、0.3、0.4，疲劳试验每组6个平行试件，采用疲劳寿命与应变水平的双对数拟合参数对试验数据进行处理，结果见表10。

(a)切割3 cm厚试件

表9 微表处混合料抗剪强度结果Table9 Shearstrengthresultsofthemixtureatthemicro-table试验方案不同应力水平抗剪切强度/MPa0.10.20.30.4剪切强度平均值/MPaⅠ0.7560.7560.8310.8100.788Ⅱ0.7150.7350.7130.7670.733Ⅲ0.6890.6750.6530.6970.679Ⅳ0.5340.4930.4620.4780.492Ⅴ0.7980.8230.8730.8320.832

由表9剪切强度试验结果可知，方案Ⅰ、Ⅱ两种纤维-橡胶颗粒微表处混合料的抗剪切强度比普通微表处混合料(方案Ⅲ)增大了16.2%、7.9%，橡胶颗粒微表处混合料(方案Ⅳ)的抗剪切强度比普通微表处混合料降低了38%，纤维微表处混合料(方案Ⅳ)的抗剪切强度比普通微表处混合料增大了19.3%，由此可见，单掺聚酯纤维的微表处混合料抗剪切强度最大，而单掺橡胶颗粒的微表处混合料抗剪切强度最小，纤维橡胶微表处混合料的抗剪切强度大于普通微表处混合料，掺加纤维对微表处混合料的抗剪切强度有较大的提升作用，橡胶颗粒对微表处混合料抗剪切强度的负面影响随橡胶颗粒掺量增大而加剧。

表10 剪切疲劳试验结果Table10 Shearfatiguetestresults试验方案不同应力水平的疲劳寿命/次0.10.20.30.4疲劳方程Nf=K+nln(σ)及R2Ⅰ101726380561931311102Nf=7.927-1.583ln(σ)(R2=0.985)Ⅱ9012636347181269967Nf=7.868-1.587ln(σ)(R2=0.992)Ⅲ7831527933136287478Nf=7.356-1.764ln(σ)(R2=0.991)Ⅳ6489820750115306197Nf=7.165-1.843ln(σ)(R2=0.986)Ⅴ111982416342273013329Nf=8.161-1.516ln(σ)(R2=0.994)

由表10可见，单掺聚酯纤维的微表处混合料疲劳寿命最大，而单掺橡胶颗粒的微表处混合料疲劳寿命最小，2种聚酯纤维-橡胶微表处混合料的疲劳寿命略大于普通微表处混合料。在0.1～0.4应变水平下，聚酯纤维微表处混合料的疲劳寿命比普通微表处混合料增大了42.9%～78.2%，0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒微表处混合料、0.2%聚酯纤维+4%橡胶颗粒微表处混合料疲劳寿命比单掺聚酯纤维的微表处混合料降低了8.6%～16.7%、12.6%～25.2%，由此可见，掺加聚酯纤维能够显著改善微表处混合料的抗剪切疲劳性能，而掺加橡胶颗粒会对微表处混合料疲劳性能有负面影响，橡胶颗粒掺量越大，其对剪切疲劳寿命的劣化影响越明显。随着应变水平增大，5种微表处混合料疲劳寿命明显降低，疲劳寿命与应变水平在双对数坐标系内呈良好的负线性相关性，拟合优化度R2均大于0.95。单掺聚酯纤维的微表处混合料疲劳曲线的截距K最大，n绝对值最小，K值表征疲劳寿命大小，其值越大，疲劳寿命越大，n值表征疲劳寿命对应变水平的敏感显著程度，其值越大，疲劳寿命对应变水平越敏感，0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒微表处混合料、0.2%聚酯纤维+4%橡胶颗粒微表处疲劳方程K值比单掺聚酯纤维的微表处混合料降低了2.87%、3.59%，同时n绝对值增大了4.42%、4.68%，但比普通微表处混合料，2种纤维-橡胶颗粒微表处混合料的K值增大了7.76%、6.96%，同时n绝对值减小了10.26%、10.03%，由此可见掺加橡胶颗粒不仅降低了纤维微表处混合料的疲劳寿命，也增加了疲劳寿命对应变水平的敏感性，另一方面，掺加橡胶颗粒会对微表处混合料疲劳性能有一定的劣化影响，但聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料的疲劳寿命能够达到甚至超过普通微表处的水平，说明橡胶颗粒对纤维-橡胶微表处混合料的疲劳性能劣化影响可控，掺加纤维和橡胶颗粒后，微表处混合料疲劳性能得到明显改善。

4 聚酯纤维-橡胶微表处混合料减振降噪特性

聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料是一种复杂的多相复合材料，可以将其看作一种阻尼结构，从而可以通过测量对该结构的减振性能进行定量分析。本文选取轮胎振动衰减与室内轨道下滑试验来研究和评价不同条件下橡胶颗粒沥青混合料的减振降噪特性。轮胎振动衰减试验选用德国大众捷达小汽车轮胎，微表处混合料试件尺寸为300 mm(长)×300 mm(宽)×20 mm(厚)。试验时，将微表处混合料试件分别摊铺在水泥混凝土面板和沥青混凝土路面上，使轮胎在试件上方约3cm处自由垂直下落，由固定在轮毂中心处的ICP加速度传感器将信号传递给YE6263数据采集分析仪进行记录，结果见表11。降噪特性试验采用长安大学研发的室内加速滚动下滑系统，并结合数据采集软件和声学测试分析软件，以声压和声强为指标，分别研究汽车轮胎与水泥路面加铺微表处罩面及沥青路面加铺微表处罩面相互作用产生的噪音，调整轨道角度为15°，高度为60 cm，试验结果见表12。

表11 纤维-橡胶微表处混合料减振与降噪特性试验结果Table11 Testresultsofvibrationandnoisereductioncharacteristicsofthemixtureatthefiber-rubbermicrometer试验方案沥青路面+微表处振动衰减系数/%水泥路面+微表处振动衰减系数/%①②③④①②③④Ⅰ3.6343.6123.6763.7023.2343.2563.3033.204Ⅱ3.8933.9223.8953.9653.5413.4323.4923.503Ⅲ3.2313.1253.2093.1982.8452.7562.8042.714Ⅳ3.6073.5873.6123.5873.2123.1243.2023.104Ⅴ3.3553.4093.3213.2772.9852.8452.8982.943

表12 纤维-橡胶微表处混合料声压声强轨道下滑试验结果Table12 Resultsofsoundpressureandsoundintensityorbitalslidingtestoffiber-rubbermicro-surfacing试验方案水泥路面加铺微表处/dB沥青路面加铺微表处/dB声压级声强级声压级声强级Ⅰ65.466.773.674.1Ⅱ63.864.170.471.2Ⅲ69.470.277.478.2Ⅳ67.868.174.775.2Ⅴ68.569.375.776.1

由表11试验结果可见，沥青路面加铺微表处罩面时，0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒微表处混合料、0.2%聚酯纤维+4%橡胶颗粒微表处混合料的振动衰减系数相比普通微表处混合料增大了14.5%、22.8%，同时，水泥路面加铺微表处罩面时，方案I、方案II这2种纤维-橡胶微表处混合料的振动衰减系数比方案Ⅳ增大了16.9%、25.6%。橡胶颗粒微表处混合料(方案Ⅳ)加铺在沥青路面、水泥路面上，振动衰减系数相比普通微表处混合料罩面(Ⅱ)分别增大了12.7%、13.7%，掺加纤维和橡胶颗粒微表处混合料的振动衰减系数大于单一纤维、橡胶颗粒微表处混合料。由此可见，加铺微表处罩面的振动衰减系数比掺加聚酯纤维、橡胶颗粒能够提高轮胎在水泥路面和沥青路面试件上振动时的衰减系数，橡胶颗粒掺量越大，微表处混合料振动衰减系数越大，掺加橡胶颗粒对微表处路面振动衰减系数提高幅度比掺加聚酯纤维更明显，纤维-橡胶微表处混合料罩面的减振效果明显。沥青路面微表处罩面后振动衰减系数比水泥路面微表处罩面高12.2%～14.8%，沥青路面比水泥路面有更好减振效果，这与实际行车状况相吻合。

由表12试验结果可见，水泥路面加铺微表处罩面时，轨道下滑试验实测声压级、声强级明显大于水泥路面加铺微表处罩面，前者比后者声压级、声强级大6.6～8.2 dB、6.8～8.0 dB。下承层结构类型相同，5种微表处混合料的声压(强)值大小排序为：4%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青微表处(方案II)>0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒+9%SBR改性乳化沥青微表处(方案I)>3%橡胶颗粒+10%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅳ)>0.2%聚酯纤维+9%SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅴ)>普通SBR改性乳化沥青微表处(方案Ⅲ)，方案Ⅰ、Ⅱ声压(强)级比普通微表处混合料(方案Ⅲ)降低了4～7 dB，表明橡胶颗粒或聚酯纤维对微表处混合料有较好的降噪作用，橡胶颗粒降噪效果优于聚酯纤维，同时加入橡胶颗粒和聚酯纤维后微表处混合料降噪效果更加明显。水泥路面加铺微表处和沥青路面加铺微表处，方案Ⅱ声压(强)级比方案Ⅰ减小了1.6(2.6)dB和3.2(2.9)dB，表明橡胶颗粒掺量越大，纤维-橡胶微表处混合料的降噪作用越明显。

5 经济性分析

纤维-橡胶颗粒微表处比普通微表处增加的成本计算如下：实体工程中MS-3型微表处中矿料用量在15～22 kg/m2范围内，按18 kg/m2计算，橡胶颗粒添加量按矿料质量的3%计算(此时油石比无变化)，橡胶颗粒目前市场价格大致在2 500～3 000元/t范围内，按2 750 元/t计算，路用聚酯纤维的市场价格在10 000～15 000 元/t，按照12 500元/t计算，每1m2纤维-橡胶颗粒微表处比普通微表处增加的成本计算如下：

18×3%×2.75+18×0.2%×12.5=1.61元。

经济分析结果表明，聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料成本仅比普通微表处高1.61元，实体工程中普通微表处造价约为20元/m2，按照聚酯纤维-橡胶颗粒微表处仅比普通SBR微表处造价高8.05%，但聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料比普通微表处混合料有更好的路用性能和减振、降低路面的噪声性能，具有较好的性价比。

6 实体工程运用

2016年10月在山西境内灵丘至山阴段高速公路(G18)采用微表处技术矫正K167+000～K182+400段原沥青混凝土路面平整度、提高路面抗滑能力。2016年10月采用本研究的技术成果，经综合比选论证，确定采用0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒外掺剂复配方案，在重车道行车道方向铺筑了1 km聚酯纤维-橡胶微表处试验段，在拌和阶段，增加了2台物料添加设备，将聚酯纤维、橡胶颗粒以干法工艺一同添加到集料中，增加干拌时间30 s。纤维-橡胶颗粒微表处的摊铺、碾压工艺与与普通微表处无异，铺筑完成后现场微表处摊铺效果见图3。工程竣工后对试验段微表处路面的抗滑性能[以构造深度(TD)、摆值(BPN)、横向力系数这3个指标来表征]进行了检测，并与邻近路段普通微表处混合料进行了对比，结果见表12。由表12可见，按照普通微表处摊铺工艺施工完成后的纤维-橡胶颗粒微表处混合料造深度(TD)、摆值(BPN)、横向力系数均与普通微表处混合料差别不大，构造深度和横向力系数远大于JTG D50-2017规范要求，纤维-橡胶颗粒微表处混合料能显著改善旧沥青路面的表面纹理，提高旧路抗滑性能。工程竣工通车1月后经对比检测车内噪声分析，试结果见表13，由表13可见，纤维-橡胶颗粒微表处表面的行车噪音基本与原路面相同，在60、80、100 km/h行车速度下纤维-橡胶颗粒微表处路面的行车噪音比普通微表处混合料减小了5.1、4.7、3.6 dB，表明纤维-橡胶颗粒微表处混合料的降噪效果明显。

图3 纤维-橡胶微表处现场施工效果

表12 试验段微表处混合料抗滑性能Table12 Anti-slidingpropertiesofthemixtureatthemicro-meterofthetestsection混合料类型构造深TD/mm摆值BPN横向力系数SFC60纤维-橡胶颗粒微表处1.1495142普通微表处1.2093149规范要求≥0.55-≥54注:横向力系数SFC一用横向力系数测试车,在(60±1)km/h车速下测定;构造深度TD一用铺砂法测定。

表13 纤维-橡胶微表处混合料降噪特性Table13 Noisereductioncharacteristicsofthemixtureatthefiber-rubbermicrometer混合料类型不同测试车速(km/h)下车内噪声/dB6080100原路面64.970.372.8纤维-橡胶颗粒微表处65.471.173.3普通微表处70.575.876.9

7 结论

a.在微表处混合料中加入橡胶颗粒后，其可拌合时间相应延长，橡胶颗粒提高了微表处混合料的施工性能，橡胶颗粒的加入对于混合料的早期强度有一定的影响；加入聚酯纤维有利于微表处混合料能够快速开放交通、改善抗车辙性能，聚酯纤维掺量为0.2%时粘聚力出现峰值。

b.橡胶颗粒的掺量不宜过大，当橡胶颗粒掺量过大时，微表处混合料抗车辙变形能力显著降低，掺加聚酯纤维对橡胶颗粒微表处混合料抗车辙性能、耐磨耗性能和低温抗裂性能有显著提升作用。

c.纤维橡胶微表处混合料具有优良的低温性能和抗疲劳耐久性，将聚酯纤维与橡胶颗粒共同掺入微表处混合料中，能实现二者对微表处路用性能提升和减振降噪的协同作用。

d.经室内试验研究和实体工程应用验证，0.2%聚酯纤维+3%橡胶颗粒微表处混合料具有优良的抗滑性能。在60、80、100 km/h行车速度下纤维-橡胶颗粒微表处路面的行车噪音比普通微表处混合料减小了5.1、4.7、3.6 dB，聚酯纤维-橡胶颗粒微表处混合料比普通微表处混合料有更好的路用性能和减振、降低微表处路面的噪声性能，具有较好的性价比。