橡胶沥青混合料应力吸收层抗裂性能分析

蔡 丽 娜

(山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

反射裂缝是沥青面层常见病害之一，这主要是由于半刚性基层的缩裂造成的。另外，在水泥路面上加铺沥青面层时，处治不当也会产生严重的反射裂缝。近年来，很多学者采用设置橡胶沥青混合料应力吸收层防治反射裂缝，取得了较好的效果。应力吸收层是布设在基层或旧水泥面层与沥青面层之间，可用于吸收沥青层荷载应力和温度应力，降低应力集中，有效延缓反射裂缝的扩散，降低裂缝扩散速度，提高沥青面层的使用寿命。为了检测橡胶沥青混合料应力吸收层的防裂效果，制作试样开展DTT试验，分析其抗裂性能。

1 应力吸收层的功能要求

为了保证橡胶沥青混合料应力吸收层能够充分发挥作用，应力吸收层应具有足够的防水作用、高弹性及应力松弛功能和层间粘结功能。为了防止水分沿路面裂缝渗入到路面结构内部，造成面层和基层结构破坏，应力吸收层必须具有足够的致密防水功能，一方面可以防止水渗入路面结构造成破坏，另一方面也可以有效防止路面内部的水产生动水压力，对路面结构产生冲刷破坏。

在车辆荷载作用下，应力吸收层会产生塑性变形和弹性变形。为了提高应力吸收层材料的总吸能能力，必须选取具有高弹性的材料，以满足在车辆荷载作用下减少沥青面层的竖向累积变形。另外，应力吸收层还必须具有良好的应力松弛功能，可松弛面层温度应力，提高自愈合能力，有效防治温度型反射裂缝。应力吸收层必须具有良好的层间粘结功能，与路面上下结构层粘结良好，有效改善了路面结构层的接触状况，提高路面结构的总体强度和刚度。

2 橡胶沥青混合料配合比设计

2.1 原材料选择

橡胶沥青混合料中的橡胶粉采用废旧轮胎为原材料加工制作，细度为40目。橡胶沥青采用AH-90号道路石油沥青作为基质沥青，按一定比例与橡胶粉拌制而成。集料选用洁净的碱性石灰岩磨制，最大公称粒径为4.75 mm。矿粉选用碱性的石灰岩，并满足黏附性试验要求。

2.2 试验级配确定

橡胶粉沥青混合料级配选用悬浮密实结构，在AC-5级配的基础上，对应力吸收层混合料级配进行调整，确定矿料掺配比例，试验所选用的级配如表1所示。

表1 橡胶粉沥青混合料应力吸收层级配

2.3 试验油石比确定

橡胶粉沥青混合料应力吸收层的抗剪与抗拉性能与胶浆成分直接相关，胶浆中含有结构沥青和自由沥青，其中自由沥青可以在矿料之间起到润滑作用，结构沥青主要起粘结作用。橡胶粉沥青混合料中沥青胶浆所占的比例在20%左右，可保证应力吸收层的强度和刚度，又具有良好的变形能力，可以吸收应力，减轻荷载冲击。为了准确确定橡胶粉沥青混合料最佳油石比，结合上述矿料级配，分别选取3组油石比：8.5%，9.5%，10.5%。

3 应力吸收层抗裂性能DTT试验分析

3.1 DTT试验

DTT试验，即圆盘拉伸试验，是在液氮温控环境下进行的，该试验试件直径为150 mm，厚度为(50±1) mm，采用SANS万能材料试验机测试系统进行控制和检测。DTT试验试件采用旋转压实试件切割制作，钻孔过程中确保孔径几何尺寸和光滑。裂缝长度75 mm，宽度2 mm，采用旋转带锯加工，并在裂缝内部安装引申计，量测张口位移。试件在环境箱中保温4 h～5 h后开展DTT试验，试验温度为5 ℃，0 ℃，-10 ℃，拉伸速度为5 mm/min。橡胶沥青混合料的抗裂性能评价指标主要包括强度指标和形变指标两个方面，文章主要分析拉伸劲度、拉伸破坏强度、断裂能三个指标，用于评定橡胶粉沥青混合料应力吸收层的抗裂性能。

3.2 DTT试验结果分析

1)试验温度对应力吸收层抗裂性能的影响。

温度对橡胶粉沥青混合料应力吸收层的影响很大，试验中选用级配2，油石比为9.5，制作试件分别在5 ℃，0 ℃，-10 ℃下开展DTT拉伸破坏试验，检测结果如表2所示。

表2 不同温度下橡胶粉沥青混合料的抗裂性能试验结果

结合试验结果分析，随着试验温度的变化，橡胶粉沥青混合料拉伸劲度、拉伸强度不断提高，断裂能不断下降，其中从0 ℃～-10 ℃时，变化幅度达到86.7%。另外，随着试验温度下降，混合料拉伸劲度线性相关系数逐渐增大，说明在低温状态下混合料性质更接近弹性材料。由于-10 ℃的极限低温较少见，取0 ℃试验数据作为低温抗裂试验分析依据。

2)级配对应力吸收层抗裂性能的影响。

结合上述试验确定的三组橡胶粉沥青混合料矿料级配，选择油石比为9.5%，在试验温度为0 ℃时开展DTT试验，监测结果如表3所示。

表3 不同级配橡胶粉沥青结合料抗裂性能检测结果

分析试验结果，橡胶粉沥青混合料拉伸劲度与粉胶比和级配有关，其中粉胶比为1.1和0.9的级配1和级配3拉伸劲度相差不大，而级配2拉伸劲度较小。拉伸破坏强度级配3最大，级配1最小。相比以上两项指标，断裂能变化幅度最大，其中级配1断裂能最小，级配2断裂能最大，相差3倍以上，拉伸破坏强度也较大，说明级配2的抗裂性能较好，可作为首选级配类型。

3)油石比对应力吸收层抗裂性能的影响。

为检测不同油石比下橡胶粉沥青混合料的抗裂性能，分析选取油石比为8.5%，9.5%，10.5%，对应粉胶比分别为1.1，1.0，0.9，在0 ℃下开展DTT试验，检测结果如表4所示。

表4 不同油石比橡胶粉沥青混合料抗裂性能检测结果

分析试验结果，随着油石比的增大，橡胶粉沥青混合料拉伸劲度和拉伸破坏强度不断下降，断裂能不断增加，混合料粘韧性得到提高。油石比从8.5%增加到9.5%，混合料拉伸破坏强度下降了23.1%，断裂能提高了45%。油石比从9.5%增加到10.5%，混合料拉伸破坏强度下降了16.2%，断裂能提高了24%。综合分析后得出，油石比为9.5%时，橡胶粉沥青混合料拉伸劲度和拉伸破坏强度试验检测值较理想，可确定为最佳油石比。

4 结语

为了检测橡胶粉沥青混合料应力吸收层的抗裂性能，进行混合料设计，确定试验级配和油石比，配制混合料开展DTT试验，分析试验结果得出以下结论：

1)随着试验温度的变化，橡胶粉沥青混合料拉伸劲度、拉伸强度不断提高，断裂能不断下降，混合料拉伸劲度线性相关系数逐渐增大，说明在低温状态下混合料性质更接近弹性材料。2)级配2断裂能最大，拉伸破坏强度也较大，抗裂性能较好，可作为首选级配类型。3)油石比为9.5%时，混合料拉伸劲度和拉伸破坏强度试验检测值均较理想，可确定为最佳油石比。