稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层路用性能研究

曹帅 黄雅宁

摘 要：随着交通基础工程建设规模的持续扩大，沥青路面因其优异的性能在公路施工中得到了广泛应用。在沥青材料中掺加适量橡胶粉，制作成稳定型橡胶改性沥青，在提高材料性能的同时，还能达到节能减排、保护环境的目的。为此，从高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性等方面，研究稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层混合料的路用性能。

关键词：稳定型橡胶改性沥青；超薄磨耗层；路用性能；高温稳定性

中图分类号：TU535                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）06-0018-03

0 引言

为推进绿色交通高质量发展，助力交通强国建设，需研发新型沥青材料，重视路面原材料的科学应用。稳定型橡胶改性沥青是一种新型橡胶沥青产品，其具有良好的稳定性、不离析、不分层，在多种混合料中得到了广泛的应用。为此，开展稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层路用性能研究，具有十分重要的意义[1]。

1 高温稳定性能分析

作为一种粘弹性材料，沥青混合料受高温因素影响，将会产生不可逆的塑性变形。为了保证路面施工质量，需提前检验混合料的稳定性，其中多采用车辙试验检测沥青混合料的高温稳定性。

利用道路试验车随机进行数据采集，以此准确评估路面的高温稳定性。在试验中，需要对道路的整体抗变形能力有所了解，适当增加道路的负荷能力。试验时，要先制作完成稳定型沥青橡胶混合料试件，并在室温条件下，将试件、模具放置24 h以上，待混合试件经低温冷却凝固之后，便可开展试压实验，合理控制静置时间。完成实验后，需及时测量试样的马歇尔稳定度、组合车辙试验动稳定度，所得结果如表1所示。

由表1可知，稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层混合料的高温性能符合要求。马歇尔稳定度方面，技术要求>8 kN，试验组1与组2均在8 kN以上，可满足要求。重交通环境下，表面层橡胶沥青混合料的标准>2 500次/mm，试验组1与组2均可满足规定。试验结果表明，在抗车辙能力方面，稳定型橡胶改性超薄磨耗层具有良好的应用效果[2]。

2 低温抗裂性能分析

小梁弯曲试验时，检测沥青混合料低温抗裂性能多采用低温破坏应变、极限强度等，这些指标均可反映低温条件下，沥青混合料在外部应力荷载变化下的适应情况。随着低温破坏应变的增大，在低温环境下沥青混合料的抗裂能力则会增强。试验中，温度控制在-10℃，加载速率为5 cm/min。试验结果如表2所示。

根据表2可见，稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层混合料的极限破坏应变，满足技术要求（>2 800 με），试验组获取的结果均>3 000 με。此类混合料具有非常好的抗低温开裂性能。

3 稳定性能分析

在雨水、冬季冻融循环等因素影响下，沥青混合料内沥青、石料之间的粘结性能将会大大下降，甚至会出现不同程度的路面病害，比如路面松散等。在此背景下所形成的路面病害，均可看作是沥青路面水损害。此外，沥青路面水损害产生的很大原因还包括混合料水稳定性较差。

3.1 浸水马歇尔试验

在浸水马歇尔试验中，需在60℃恒温水槽内，放置稳定型橡胶改性沥青混合料试件，保温时间控制在48 h。随后进行试件稳定度检验，以此获取浸水残留稳定度。试验结果如表3所示。由表3可知，相比技术要求，浸水马歇尔残留稳定度均可满足规定，且在85%以上，说明稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层混合料的水稳定性良好。

3.2 冻融劈裂试验

在冻融劈裂试验中，需分两组设置标准马歇尔试件。组1在25℃水温条件下，静置2 h，试验过程中详细记录试件的劈裂强度。组2在25℃环境下，试件浸水20 min，并真空（0.09 MPa）浸水15 min，随后进入常压状态。试件放置-18℃冰箱内，时间控制在16 h。25℃水温环境下，进行2 h浸泡，最后进行劈裂强度检测。劈裂强度计算如公式（1）所示。

R=0.006287FT/h                                                   （1）

式中：劈裂强度为R，单位是MPa。劈裂压力为FT，单位是N；马歇尔试件高度为h，单位是mm。

残留强度计算如公式（2）所示。

R0=R2/R1×100%                                                   （2）

式中：1級强度为R1；2级强度为R2；残留强度为R0。

根据公式分析，当残留强度较大的情况下，则表明沥青混合料具有较好的抗水害能力。具体试验结果如表4所示。由表4所示，相比现行规范要求，混合料冻融劈裂强度比大于80%，表明其水稳定性良好。

4 层间粘结性能分析

我国沥青路面结构设计的理论基础，是以弹性层状体系为基础的力学经验法。在弹性层状理论当中，层间属于连续状态。但大量实践发现，沥青路面基本上属于半滑动、全滑动的状态，很难实现完全的连续状态，若层间联结不到位，相比完全连续状态下的路面应力应变状态，路面结构受力状态存在极大差距。

层间粘结效果不佳，还会产生车辙之类的路面病害，从而影响沥青路面的路用性能和使用年限[3-5]。为此，在路面结构设计过程中，需重视层间粘结性能，比如合理使用粘层油，能够很好地提升沥青路面层间粘结效果，并提升其抗剪能力。

一般情况下，层间粘结性能检测评价多采用直接剪切试验法。这种试验法的模拟效果良好，能够很好地反映沥青路面各层间的粘结能力。在本文层间粘结性能评价采用拉拔试验，获取粘结强度。

试验时，在25℃环境下，先进行AC-16（70#沥青）铺设，厚度为5 cm。随后在其上进行橡胶改性沥青磨耗层铺设，厚度为2.5 cm。将研究重点放在各类粘结层是否会影响层间粘结强度。在层与层之间无需撒铺任何改性乳化沥青，以便生成无粘结层、普通乳化、改性乳化3种不同层间粘结状态，待制成试件后，即可进行拉拔试验。所得试验结果如表5所示。

由表5可见，25℃环境下，于层间稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层粘结强度而言，粘结措施不同，则影响效果也存有一定差异。相比普通乳化沥青粘层，改性乳化沥青粘层的强度较高，3种不同粘结层类型中，粘结强度由高到低依次为改性乳化>普通乳化>无粘结层。按照现行规定，粘结强度应控制在0.3 MPa以上，其中改性乳化沥青粘层层间粘结强度满足规定要求。

5 抗压回弹模量分析

我国沥青路面结构设计的主要参数包括抗压回弹模量，相比其他试验，沥青混合料抗压回弹模量试验具有设备简单、操作方便、费用低等优势，因此应用较为广泛。

为了解磨耗层是否会影响路面的受力状态，本文进行了抗压回弹模量试验，试验中采取逐步加载卸载的方法。本试验采用了两种不同混合料进行对比分析，在20℃条件下分3组完成，最终取平均值。此外，為确定橡胶粉掺量是否影响混合料的回弹模量，分别检验了10%、20%两种不同掺量的橡胶改性沥青，具体结果如表6所示。

由表6可得，相比橡胶沥青混合料，普通沥青混合料的回弹模量较小。随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青混合料的回弹模量并没有增加，却有所下降。

在沥青混合料中，橡胶粉能起到增粘、填充的效果。当掺量较小的情况下，橡胶粉的主要作用为增加粘结性。但是随着掺量的不断增加，大于最佳范围时，那么橡胶粉的作用就会转变为填充。这种情况大幅增加沥青混合料内粗集料颗粒的间距，影响混合料的密实结构。橡胶粉的弹性较好，会降低沥青混合料的抗压回弹模量。简单来讲，随着橡胶粉掺量越来越高，混合料的回弹模量则会越来越小[6-7]。因此，在使用过程中，需要合理控制橡胶粉的掺量。

6 结束语

作为一种预防性养护技术，稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层路面性能对其施工效果影响较大。本文通过不同试验对该橡胶改性沥青混合料的高温、低温、水稳定性等性能进行评价与分析，表明稳定型橡胶改性沥青混合料性能良好，将其用于路面超薄磨耗层施工，施工效果显著。

参考文献

[1]张兵.稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层的应用研究[D].西安：长安大学，2019.

[2]谢世平，吉鑫.稳定型橡胶改性沥青路用性能研究[J].石油沥青，2018（4）：1-5.

[3]冯志强.超薄磨耗层温拌橡胶沥青混合料性能研究[J].公路，2021，66（11）：14-20.

[4]任兴荣.超薄磨耗层技术在公路养护中的应用[J].中国公路，2022（2）：99-100.

[5]唐俊.超薄磨耗层技术在道路养护中的应用研究[J].工程技术研究，2022，7（2）：59-61.

[6]吴宇浩，肖鹏，吴帮伟，等.超薄磨耗层加铺路面层间抗剪性能试验[J].中国科技论文，2022，17（7）：739-745+758.

[7]曹志飞.沥青与级配对超薄磨耗层路用性能及抗滑噪声特性影响[D].西安：长安大学，2020.