公路路面橡胶沥青碎石应力吸收层设计及施工问题探讨.pdf

总659期2023年第29期（10月 中）收稿日期：2023-04-15作者简介：黄超（1988），男，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。公路路面橡胶沥青碎石应力吸收层设计及施工问题探讨黄超（江西省交通投资集团有限责任公司南昌东管理中心，江西 南昌 330000）摘要：为探索抗变形性能优异、应力吸收性能良好，并能有效阻止反射裂缝传递，增强层间防水黏结性能的结构封层形式，以某高速公路为例，展开橡胶沥青碎石应力吸收层设计，并对该封层性能进行试验研究；依托试验结果对橡胶沥青碎石应力吸收层施工要点进行分析。结果表明，橡胶沥青碎石应力吸收封层的应用既能显著提升路用性能，又有助于废旧橡胶轮胎再生利用，能发挥较好的社会效益和经济效益。关键词：橡胶沥青；碎石；应力吸收层；橡胶粉中图分类号：U416.2文献标识码：B0 引言橡胶沥青应力吸收层是按设计用量将单粒径碎石料均匀撒布于高剂量橡胶沥青层上，通过轮胎压路机碾压后所形成的富沥青碎石功能层。该结构层具有较好的抗反射裂缝、抗水损效果，并能有效增强层间黏结性能。此外，橡胶沥青通过在基质沥青中掺加一定比例的橡胶粉制成，橡胶粉由废旧轮胎加工而成，实现废旧材料资源化利用，具有显著的社会效益和经济效益。基于此，本文依托高速公路实际，对沥青混凝土路面半刚性基层顶面设置橡胶沥青应力吸收层的设计及施工问题展开探讨，可为类似工程提供参考。1 工程概况某高速公路路面22标全长24.5 km，路基宽26 m，单幅路面设计宽度为11.25 m。上面层为4 cm厚胶粉双复合改性沥青混凝土层；中面层为6 cm厚橡胶沥青混凝土层；下面层为 7 cm 厚 AC-25 普通沥青混凝土层，并采用橡胶沥青应力吸收封层；基层为34 cm厚水稳碎石基层。2 橡胶沥青碎石应力吸收层设计2.1 橡胶沥青碎石应力吸收层参数设计采用取样试验法展开橡胶沥青碎石封层参数试验。在25 的试验温度下取25组粒径9.513.2 mm的石料展开剪切强度试验；沥青洒布量取 1.8 kg/m2、2.0 kg/m2、2.2 kg/m2、2.4 kg/m2、2.6 kg/m2；碎石撒布量取10 kg/m2、12 kg/m2、14 kg/m2、16 kg/m2、18 kg/m2。抗剪强度试验结果见表1。根据表1中结果，当碎石撒布量既定不变，随着橡胶沥青撒布量的增加，碎石封层抗剪强度先升后降，且峰值出现在撒布量为2.2 kg/m2时，故以该值为最佳撒布量。沥青撒布量受下承层表面特性、上承层混合料粒径等影响较大，且沥青撒布量又直接影响沥青膜厚度及对碎石的裹覆率。在沥青用量过少时，沥青膜厚度小，碎石裹覆率低，抗剪强度无法保证；而当沥青用量过多时，沥青膜厚度大，并形成软弱夹层1。表1 不同橡胶沥青、碎石撒布量下石料的抗剪强度（试验温度为25）单位：MPa指标碎石撒布量/（kg/m2）1012141618橡胶沥青撒布量/（kg/m2）1.80.470.550.610.540.492.00.560.610.620.600.572.20.670.720.760.680.652.40.640.680.710.620.592.60.600.640.680.580.50在橡胶沥青撒布量固定时，随着碎石撒布量的增加，碎石封层抗剪强度先升后降，峰值出现在碎石撒布量为14 kg/m2时，并以此为最佳撒布量。当石料撒布过多时，碎石层会出现重叠，并形成碎石夹层，减小沥青对石料的裹覆面积；当石料撒布过少，则碾压期间沥青膜会严重黏轮，影响施工效果。2.2 橡胶沥青碎石封层性能为展开橡胶碎石应力吸收层工程性能的研究，对68交通世界TRANSPOWORLD橡胶沥青、SBS改性沥青、70#热沥青等不同封层展开常规性试验，结果见表2。根据表2中的软化点检测结果，70#热沥青软化点（42.8）最小，SBS改性沥青软化点（72.3）最大，橡胶沥青软化点介于两者之间。软化点是反映沥青混合料高温稳定性能的主要指标，说明橡胶沥青黏性和高温稳定性最佳，能有效抑制车辙病害的发生。表2 各种封层常规性试验结果指标项目软化点/5 延度/cm针入度/（0.1 mm）25 弹性恢复度（%）15 25 30 橡胶沥青68.717.023.852.178.776.3SBS改性沥青72.328.630.270.4111.890.270#热沥青42.86.634.192.5144.07.1270#热沥青延度（6.6 cm）最小，SBS改性沥青延度（28.6 cm）最大，橡胶沥青延度介于两者之间。延度是体现沥青混合料低温抗变形性能的关键指标，橡胶沥青低温抗变形性能最佳，因为橡胶沥青中的橡胶粉具备较好的可塑性和延展性2，与沥青材料结合后低温延展性提升。70#热沥青 25 弹性恢复度（7.12%）最小，SBS改性沥青弹性恢复度（90.2%）最大，弹性恢复度是体现沥青混合料变形恢复性能的主要指标，该参数取值越小，说明沥青材料恢复性能和抗疲劳性能越差。橡胶沥青抗疲劳性能优于普通沥青，但比 SBS改性沥青差，进一步分析看出，橡胶沥青中的橡胶粉弹性较大，其与沥青材料混合后使橡胶沥青弹性恢复性能极大提升。在25、15 mm/min的剪切速率和拉拔速率下展开剪切试验和拉拔试验。结果表明，橡胶沥青剪切强度均值为0.55 MPa，拉拔强度均值为0.52 MPa；SBS改性沥青和70#热沥青剪切强度分别为0.46 MPa和0.38 MPa，拉拔强度分别为0.42 MPa和0.35 MPa。橡胶沥青封层抗反射裂缝性能及黏结度均比其余沥青材料优异，整体性更好，橡胶沥青也更适合作为应力吸收层。3 橡胶沥青碎石应力吸收层施工技术3.1 施工材料工程用改性橡胶沥青性能必须满足 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）的要求；橡胶沥青使用3040目的粗废胎胶粉。为确保橡胶沥青品质及性能，从加工开始到撒布的时间间隔不得超出 24 h。以70#或 90#沥青为加工橡胶沥青的基质沥青，并按照18%25%的外掺量掺加废胎胶粉。基层顶面应撒布粒径1619 mm的石料，沥青混凝土路面中面层顶面则撒布粒径9.513.2 mm的碎石料。3.2 检验及施工设备为展开材料性能试验，工地实验室必须配备针入度仪、软化点仪、聚合物改性沥青离析试验装置、Brookfidld黏度计、延度仪、弹性恢复试验装置、闪点仪、旋转薄膜烘箱试验装置各1台；5 kg静水天平、3 kg电子天平和20 kg电子天平各1台。沥青、碎石同步撒布车必须具备加热、保温和搅拌功能，具体撒布量由计算机计量系统控制，保证撒布的均匀性。具体而言，应配备12台沥青同步碎石封层车，12辆26 t重型胶轮压路机。3.3 施工工艺要点该公路路面施工期间，必须在单粒径碎石层和橡胶改性沥青层之间增设1个功能层，以发挥较好的应力吸收、增强层间黏结、阻隔雨水入渗等功能。在加铺沥青混凝土时，为增强层间黏结，必须裸化并打毛原水泥混凝土路面，并使用6 m以上空压机将杂物和尘土全部吹除。3.3.1 橡胶沥青洒布使用专用且洒布剂量能得到有效控制，具备加热、保温、搅拌等功能的洒布机械，在正式施工前应全面清理储油罐内残油，并试洒。根据试洒结果，应按2.02.4 kg/m2的用量洒布橡胶沥青，并将其黏度控制在1.54.0 Pas；洒布温度不得超出180190 范围。橡胶沥青洒布过程中，必须加强横向接头和纵向接头处的施工处理。对于横向接缝处，必须与前次施工衔接紧密，但不得与前次施工断面重叠，以防造成同一断面橡胶沥青洒布量堆积。为便于展开施工，在对横向接头洒布前，应沿接缝边缘通过铁皮或油毡覆盖已洒布路段。对于纵向接缝处，因沥青通过喷头洒布时形成扇形，相邻2个喷头沥青洒布面积必然存在重叠，故应以重叠后的洒布量为设计用量。假设a和b为两个相邻喷头，两喷头沥青洒布面积重叠宽度为d0，该宽度范围内的沥青洒布量即为设计用量。假定每个喷头沥青洒布量均一致，则位于最外侧的b喷头和未重叠的d宽度范围内的沥青洒布量仅为设计用量的50%。d为2个相邻喷头间距，故在第二次撒布的过程中，必须确保最外侧喷头和接头边缘线位于同一条线3。3.3.2 碎石撒布按照设计要求准备碎石并筛分，确保碎石为单粒径，将超粒径碎石含量控制在10%以内。在粉尘含量较高时，应清洗并晾晒。正式施工前必须试撒，以确定撒布车行进速度、69总659期2023年第29期（10月 中）料斗倾角、撒布量等参数的合理取值4。设计规范中碎石料撒布量主要参照面积标准给出。为便于计量，必须明确单位面积撒布量。结合试撒结果，粒径 13.216 mm的石灰岩石料撒布量应为810 kg/m2，粒径1619 mm的石灰岩石料撒布量应为1214kg/m2。碎石撒布应紧跟沥青喷洒进行，便于两者能较好黏结。同步碎石撒布车的配备数量应根据施工效率确定，碎石撒布期间，除按要求配备施工设备操作手外，还应安排12名清洁人员，在撒布车后清扫散落碎石。加强碎石撒布车在起步阶段纵横向搭接位置的控制，以保证石料撒布均匀。按设计要求撒布完碎石后，通过重型胶轮压路机紧跟碾压2遍，成型后摊铺沥青混合料，间隔时间不得超出24 h。4 施工质量检测该公路路面橡胶沥青、碎石应力吸收层施工结束后，展开相关参数检测，以分析和评价橡胶沥青路面性能。4.1 橡胶沥青洒布效果在具体施工时，橡胶沥青洒布效果主要与机械性能、施工技术水平、施工控制等有关，进而造成实际撒布量与设计用量的偏差。为此，在施工期间必须加强定量检测，即提前检测段落试样盘，待洒布完成后取试样盘称重，估算橡胶沥青实际洒布量；将估算值与设计值进行比较，根据偏差调整施工参数。该公路试验段橡胶沥青洒布量检测结果见表3，其中试样盘长0.4 m，宽0.3 m，面积0.12 m2，洒布前试样盘重0.148 g。检测结果完全符合2.02.4 kg/m2的设计用量要求。表3 橡胶沥青洒布量检测结果桩号洒布后试样盘重量/kg设计洒布量/（kg/m2）K13+2500.409 72.18K13+3500.397 92.08K13+4500.418 62.26K13+5500.392 12.03K13+6500.405 92.154.2 碎石撒布量采用与橡胶沥青洒布量相同的定量检测技术检测碎石撒布量，此外，还应综合考虑碎石形状、粒径等因素的影响。检测结果见表4，其中试样盘长、宽、面积、重量均与橡胶沥青洒布试验一致。根据测试结果，粒径1619 mm的石灰岩碎石撒布量满足1214 kg/m2的设计值。表4 碎石撒布量检测结果桩号撒布后试样盘重量/kg设计撒布量/（kg/m2）K13+2501.62412.3K13+3501.65112.61K13+4501.63612.4K13+5501.64112.44K13+6501.63512.394.3 渗水系数对试验段橡胶沥青封层和大面积洒布的70#热沥青封层，选取代表性测点展开渗水试验。根据测试结果，橡胶沥青封层渗水系数位于 0.61.7 mL/min，均值为1.19 mL/min；热沥青碎石封层渗水系数在 1.02.1 mL/min，均值为1.67 mL/min。可见，橡胶沥青封层抗渗性能明显优于40#热沥青封层，且橡胶沥青碎石封层抗渗性能比热沥青封层提升20%30%，也表明橡胶沥青封层满足应力吸收层抗水损性能要求。5 结束语综上所述，试验段公路路面橡胶沥青碎石应力吸收封层施工质量检验结果显示，该结构封层对于半刚性基层下封层、旧路沥青混凝土加铺层底黏结防裂层、层间防水层等均较为适用，具备较好的高温稳定性、低温抗变形性能、弹性恢复性能、抗反射裂缝性能及较高的黏结度。该公路于2020年初在全段大面积应用该技术，以橡胶沥青同步碎石应力吸收层为路面下封层，公路建成运行至今，运行效果良好，无反射裂缝等病害出现。参考文献：1 祝谭雍，段卫党，许兵，等.基于厂拌热再生的复合改性橡胶沥青应力吸收层抗裂性能研究J.公路交通科技，2022，39（12）；8-16.2 张发金.高黏高弹改性沥青应力吸收层对国省公路改造和维护的影响J.江西建材，2022（8）：263-265.3 王秋敏，谭巧攀，陈海涛.橡胶沥青应力吸收层施工温度影响因素研究J.西部交通科技，2022（6）：64-67.4 陈超.橡胶沥青应力吸收层的结构性能分析J.福建交通科技，2022（1）：25-27.70