橡胶沥青碎石封层路用性能研究

2022-07-28夏永胜

四川水泥 2022年7期

夏永胜

（宁远县公路建设养护中心，湖南永州 425600）

0 引言

近年来，由于交通量的增大、超载、渠化不合理等原因[1]，路面越来越多地出现了早期病害，路面养护迫在眉睫。橡胶沥青碎石封层由于具有优良的路用性能以及经济、环保等特点，在沥青路面的养护中有着广泛的应用。研究表明，沥青碎石封层用于旧道路的改建时可以减少路面反射裂缝的发生，并提高路面水稳定性和承载能力[2]。

橡胶沥青碎石封层作为一种简单易行的养护方式，越来越多地被应用于道路养护当中[3]。由于目前关于橡胶碎石封层的研究多面向组成材料的性能、施工方法、施工质量检测方法和评价指标等，故本文主要对其在公路养护中的路用性能进行研究。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

本项目碎石选用硬度高、耐磨性好的福建福鼎市产的玄武岩，技术指标检测结果见表1；沥青采用克拉玛依90＃基质沥青改性的橡胶改性沥青，技术指标如表2。

表1 碎石技术指标检测结果

表2 橡胶改性沥青与基质沥青技术指标

2.2 试件制备与试验方法

本文主要对橡胶沥青碎石封层路用性能中的低温、高温、抗滑性能展开研究。

2.2.1 低温黏结性能试验

低温黏结性试验时，将准备好的橡胶沥青倒在钢板上40g，然后将钢板放入105±5℃的烘箱中保温，等待沥青均匀分布于钢板上后取出钢板，迅速将100g碎石均匀布撒在钢板上，再将其放入60℃烘箱中养护5h。在测定-18℃的黏结性时将其放入-18℃冰箱中，养护12h；测定25℃时的黏结性需在环境箱中养护3h，并以垂落颗粒数作为评价指标。同时，试验采用SBS改性沥青与橡胶沥青作为对比，探究橡胶沥青碎石封层的低温黏结性能。

2.2.2 抗磨耗性能试验

评价罩面层、封层材料的抗磨耗性能，目前采用的方法主要是室内稀浆混合料湿轮磨耗试验，试验时磨耗头转动300±2s时停止试验，然后由如下公式计算混合料的磨耗值（WTAT）：

式中：ma、mb——分别为磨耗前、后试件质量，g；

A——磨耗头截面面积。

本研究以12kg/m2的碎石洒布量，以1.5kg/m2、1.8kg/m2、2.1kg/m2、2.4kg/m2、2.74kg/m2的沥青洒布量测定25℃、45℃下混合料的抗磨耗性能。

2.2.3 小型加速加载试验

采用MMLS3型加速加载设备进行试验，在SMA-13车辙试件表面铺洒橡胶沥青碎石封层，铺上一层胶皮后，采用车辙成型仪进行压实，并切割成如图1尺寸大小试件进行试验。加载速率采用7200次/h，温度为45℃，以2.1kg/m2的沥青洒布量测定，观察试件构造深度和车辙深度的情况。

图1 小型加速加载试件尺寸

3 试验结果分析

3.1 低温黏结性试验

测定-18℃和25℃下的橡胶沥青与碎石的黏附性，评价橡胶沥青碎石封层的低温黏附性，试验结果分析见图2、图3。

图2 -18℃黏附性检测结果

图3 25℃黏附性检测结果

根据图2、图3可以看出，橡胶沥青与碎石的低温黏结性能明显优于SBS改性沥青与碎石的黏结性，具体分析如下：

（1）在-18℃时，垂落1次和10次时，橡胶沥青碎石封层的碎石掉落颗粒数为33粒和48粒，而SBS改性沥青黏结的碎石黏结掉落颗粒数为41粒和78粒，由此可见，随着垂落次数的增加，SBS改性沥青黏结的碎石与橡胶沥青黏结的碎石相比，不仅脱落数量更多，脱落数量的变化幅度也更大。

（2）在25℃时，改性沥青黏结的碎石在40次垂落之前的振落百分率为0，在垂落100次时振落颗粒数仅为3粒；而SBS改性沥青黏结的碎石在垂落2次时就开始出现脱落，当垂落次数增至20次时，掉落颗粒数达到11粒。

综上所述，橡胶沥青与碎石的黏结性无论是在-18℃还是25℃时，橡胶改性沥青碎石封层具有较好的低温黏结性能。但随着温度的降低，橡胶沥青与碎石的黏结性能会逐渐变差，这是由于低温条件下沥青会变得脆硬，与碎石的黏结性能也随之变差，故而随着温度降低剥落的颗粒数逐渐增多。

3.2 抗磨耗性试验

测定不同温度和不同橡胶沥青洒布量时，橡胶沥青碎石封层的质量损失率，研究温度和洒布量对橡胶沥青碎石封层质量损失的影响，试验结果分析如图4所示。

图4 抗磨耗性试验结果

根据抗磨耗性检测结果可知，同一温度下，洒布量越大，质量损失越小，这是由于随着洒布量的增大，碎石表面可以包裹更多的沥青，从而使得碎石与橡胶沥青能够更好地黏结；在同一洒布量下，温度越高，质量损失率也越大，这是由于在高温下，沥青碎石封层会受到剪力作用，从而产生掉粒。根据试验结果可知，1.5～3.0kg/m2的洒布量范围内，25℃时湿轮磨耗质量损失率最大为11%，45℃时的质量损失率最大为17.9%，对比现有的研究可知[4]，同试验条件下，SBS改性沥青碎石封层材料的质量损失率分别为25℃时的15%和45℃时的28%，因此，橡胶沥青碎石材料作为路面封层材料，具有良好的抗磨耗性能。此外，当橡胶沥青洒布量大于2.0kg/m2后，质量损失率变化较小，因此，建议在施工时橡胶沥青洒布量至少应在2.0kg/m2以上。

3.3 小型加速加载试验

本文选用手工铺砂法，以构造深度评价橡胶沥青碎石封层的抗滑性能，试验结果如图5所示。

图5 构造深度随加载次数变化关系

（1）由图5可知，随着碾压次数的增加，橡胶沥青碎石封层的构造深度也在不断减小，在碾压70000次时，构造深度降低至0.68mm。这是因为在行车荷载的不断碾压下，碎石表面逐渐被磨平，从而使得碎石的棱角性不断变小，构造深度逐渐降低。在碾压70000次前后，橡胶沥青碎石封层的构造深度，均大于新建公路路面在最大降雨量时构造深度为0.55mm的要求，由此可以说明，橡胶沥青碎石封层具有较好的抗滑性能。

（2）根据文献[5]对橡胶沥青CAPE封层的抗滑性实验结果，对比本研究试验结果可知，在未经碾压时，橡胶沥青碎石封层的构造深度大于橡胶沥青CAPE封层采用小粒径（4.75～9.5mm）碎石时的构造深度，略小于橡胶沥青CAPE封层采用大粒径下碎石（9.5～13.2mm）时的构造深度，与橡胶沥青CAPE封层的构造深度试验结果相接近，这是因为随着碎石粒径的增大，橡胶沥青碎石/CAPE封层的构造深度也会不断增大，因此采用9.5～13.2mm碎石的橡胶沥青CAPE封层较橡胶沥青碎石封层的构造深度差异较小。