改性沥青应力吸收层路用性能研究

蒋琳

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

在产生病害的水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，即“白改黑”，是改造维修病害水泥混凝土路面的主要方式[1]。然而，在行车荷载和温度荷载的共同作用下，旧水泥混凝土路面加铺层很容易出现反射裂缝。反射裂缝不仅破坏了路面的整体性，影响车辆通行，还为路表水下渗提供了通道，不仅损害路基强度和刚度，还会引起唧泥、加大沥青加铺层裂缝宽度等现象，使得加铺层的路用性能下降。为了提高沥青加铺层的服役性能，在旧水泥混凝土面层与沥青混凝土路面之间设置应力吸收层，可以改善路面结构的应力状态，有效地防止和延缓反射裂缝的发生和扩展[2]。

目前，国内普遍采用的应力吸收层主要有SBS 改性沥青、橡胶沥青和橡胶粉/SBS 复合改性沥青应力吸收层[3]。本文将从高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害特性等方面来评价改性沥青应力吸收层的路用性能。

1 原材料性能试验

1.1 沥青性能

依据规范对三种沥青的基本性能进行试验，结果如表1 所示。

表1 三种沥青基本性能试验结果

1.2 细集料

应力吸收层中，矿粉和集料是悬浮在沥青胶结料中的，其中集料在4.75mm 筛孔的累计筛余为0～10%，说明集料主要选用细集料（机制砂或石屑）。对于细集料，要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。对细集料进行性能试验，结果如表2所示。

表2 细集料性能试验结果

1.3 矿粉

应力吸收层中的矿粉须采用憎水性石料经磨细得到，要求干燥、洁净。对矿粉进行性能试验，结果如表3 所示。

表3 矿粉性能试验结果

2 应力吸收层混合料测试方法

2.1 高温稳定性能

高温稳定性不仅要求沥青路面在行车荷载的反复作用下不会由于永久变形的累积而导致道路表面出现车辙，还要求沥青路面在高温条件和水平荷载作用下不会因为抗剪强度不足而产生泛油、拥包等表面形态变化[4]。高温稳定性用动稳定度（DS）表示。动稳定度越大，沥青混合料的高温稳定性能越好。

应力吸收层沥青混合料属于富沥青砂悬浮密实结构，级配极细，粒径偏小。此种混合料中矿粉和沥青用量偏多，因此，应力吸收层混合料的强度主要来源于沥青胶浆与集料间的黏结力[5]。本文评价高温稳定性能采用车辙试验。

2.2 低温抗裂性能

水泥混凝土路面的裂缝根据成因可以分为两部分：一是温缩裂缝，二是混凝土路面铺设时的预设裂缝。当应力吸收层的低温柔韧性能较差时，混凝土路面产生的裂缝就会从混凝土路面扩展至沥青面层。因此，沥青混合料应力吸收层的低温柔韧性能在路面加铺层设计中非常重要。评价低温抗裂性的方法是低温条件下（-10℃）的小梁弯曲试验。

2.3 水稳定性

水进入沥青混合料内后，会渗入沥青与集料之间，降低黏附性，使得沥青混合料性能下降。应力吸收层可以将其用作防水密封层，所以水稳定性对水泥混凝土路面的改造显得非常重要。本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价水稳定性。

3 应力吸收层沥青混合料路用性能

3.1 高温稳定性

用车辙试验成型机碾压成型300mm×300mm×50mm 的板块状试件，将试件连同试模一起在常温条件下静置48h，然后进行车辙试验，测试其动稳定度。结果如表4 所示。

表4 动稳定度试验结果

动稳定度与沥青的抗剪切性能是有关的，沥青的抗剪切性能越好、剪切模量越高，沥青混合料的抗车辙性能就越好。SBS 改性沥青应力吸收层混合料动稳定度相对于橡胶沥青增大48%，橡胶粉/SBS 复合改性沥青相对于橡胶沥青则增大66%左右。因此，从高温稳定性的角度出发，认为采用橡胶粉/SBS 复合改性沥青制备应力吸收层混合料是较好的。

3.2 低温抗裂性能

应力吸收层作为中间层较一般的沥青面层受力更复杂，其底部与水泥混凝土路面的裂缝相接，降温时，除了受到温度应力之外，还要承受来自底部水泥路面裂缝进一步扩展的拉应力。因此，应力吸收层沥青混合料的低温性能至关重要。低温弯曲试验结果如表5 所示。

表5 低温弯曲试验结果

分析表5 中指标可以看出，橡胶粉/SBS 复合改性沥青破坏时的最大弯拉应变最大、弯曲劲度模量最小，说明橡胶粉/SBS 复合改性沥青的低温抗裂性能最好；SBS 改性沥青的最大弯拉应变略小于橡胶沥青，而其弯曲劲度模量略大于橡胶沥青，说明SBS 改性沥青的低温抗裂性能较橡胶沥青有所降低。综上所述，橡胶粉/SBS 复合改性沥青在低温弯曲性能方面较橡胶沥青和SBS 改性沥青有显著的优势。

由于橡胶粉/SBS 复合改性沥青具有低温延展性好、柔韧性强的特点，当采用它拌和应力吸收层沥青混合料时，在相同的破坏荷载作用下，应力吸收层沥青混合料的跨中挠度比较大，在低温条件下表现出良好的抗变形能力，使得应力吸收层具有良好的消解水泥混凝土面板接缝处或刚性基层的应力集中现象，降低了裂缝尖端的应力峰值，使裂缝不会迅速扩展，延缓反射裂缝向面层的扩展速度。

3.3 水稳定性

3.3.1 浸水马歇尔试验

按照规定的级配和油石比分别制备马歇尔试件，然后进行浸水马歇尔试验，结果如表6 所示。

表6 马歇尔残留稳定度试验结果

应力吸收层沥青混合料是空隙率在2%以内的富沥青砂悬浮密实结构，因此，马歇尔试件的残留稳定度均较高，其中橡胶沥青应力吸收层混合料的残留稳定度略低于其他两种沥青混合料的残留稳定度。综合混合料结构和试验数据来看，应力吸收层沥青混合料沥青含量大、沥青膜较厚，体现出沥青与集料胶结作用强，宏观表现出改性沥青混合料具有良好的抗水损害性能。

3.3.2 冻融劈裂试验

按照规定的级配和油石比分别制备马歇尔试件，然后进行冻融劈裂试验，结果如表7 所示。

表7 冻融劈裂试验结果

由表7 试验结果可以看出，三种改性沥青应力吸收层混合料马歇尔试件的冻融劈裂强度比（TSR）均大于90%。分析数据可以发现，冻融前后沥青混合料试件因冻融作用其劈裂强度有所下降，但依然有较好的抗冻融性能。橡胶沥青冻融劈裂强度比小于其他两种改性沥青的冻融劈裂强度比。其中，SBS 改性沥青和橡胶粉/SBS 复合改性沥青的冻融劈裂强度比接近，说明对应力吸收层而言，尽管橡胶粉/SBS 复合改性沥青和SBS 改性沥青的性能有一定差异，但它对混合料的冻融劈裂强度比影响较小。

4 结论

本文对橡胶沥青、SBS 改性沥青及橡胶粉/SBS 复合改性沥青的应力吸收层路用性能进行研究，得出以下结论。

第一，橡胶粉/SBS 复合改性沥青的抗剪切性能好、剪切模量高，因此采用橡胶粉/SBS 复合改性沥青制备应力吸收层混合料其高温稳定性能好。

第二，橡胶粉/SBS 复合改性沥青具有良好的柔韧性和低温延展性，因此由橡胶粉/SBS 复合改性沥青制备应力吸收层混合料其低温抗裂性优于SBS 改性沥青和橡胶沥青应力吸收层混合料。

第三，应力吸收层沥青混合料是空隙率在2% 以内的富沥青砂悬浮密实结构，沥青含量大、沥青与集料胶结作用强，使得改性沥青应力吸收层混合料具有良好的抗水损害性能。

综上所述，采用橡胶粉/SBS 复合改性沥青制备应力吸收层具有显著优势。