改性瀝青在高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層中的應(yīng)用

張躍峰

（滄州市高速公路建設(shè)管理局，河北 滄州 061001）

0 引言

在“白改黑”新舊路面之間設(shè)置應(yīng)力吸收層，既可以加強層間的黏結(jié)作用，使兩層結(jié)構(gòu)形成一個整體，又能起到防水與排水作用，防止水損壞的產(chǎn)生。

高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層是在處理后的舊水泥混凝土面板上灑布一層高黏結(jié)瀝青，于面板表面形成一層較厚的連續(xù)瀝青膜，然后撒布集料，最后通過輪胎壓路機適度碾壓使高黏結(jié)瀝青上翻并穩(wěn)定碎石而形成的一種界面功能層[1]。該應(yīng)力吸收層施工工序比較簡單，且施工時間較短，可快速開放交通，同時擁有適用范圍廣、防反效果優(yōu)異等特點，越來越多地被應(yīng)用在實際工程中。

改性瀝青具有優(yōu)良的抗裂、防水性能，可滿足應(yīng)力吸收層防反射裂縫的要求，同時又兼具高黏瀝青的黏結(jié)特性，可以替代高黏瀝青并達(dá)到更好的效果。本文在已有的研究基礎(chǔ)上，著重討論了采用改性瀝青作為高黏結(jié)瀝青在高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層中的應(yīng)用；并通過試驗比較了不同種類改性瀝青的路用性能，以及不同種類、不同灑布量的改性瀝青對層間黏結(jié)性的影響，確定了推薦的改性瀝青種類及最佳灑布量；最后對高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層的施工工藝進(jìn)行了探討。

1 試驗試件制備

根據(jù)實際工程特點，同時為了模擬現(xiàn)場實際條件，按不同改性瀝青種類與灑布量，在水泥混凝土試件和加鋪層瀝青混凝土試件之間撒布應(yīng)力吸收黏結(jié)層，制作組合試件并分組進(jìn)行剪切試驗和拉拔試驗，比較分析瀝青種類和灑布量對層間黏結(jié)性能的影響。

試驗用瀝青包括摻加特殊改性劑的高黏瀝青、SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青。SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青技術(shù)特性參照路用性能對比數(shù)據(jù)，基質(zhì)瀝青采用70#道路石油瀝青。高黏瀝青技術(shù)特征如表1所示[6]，符合高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層的要求。

表1 高黏瀝青技術(shù)特性

試件制備過程如下。

（1）按原水泥路面的設(shè)計參數(shù)制備水泥混凝土試件，在成型試件表面涂刷煤油稀釋瀝青透層油，并在養(yǎng)護室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生7d。

（2）在養(yǎng)生好的水泥混凝土試件表面灑布改性瀝青，按0.3kg/m2的梯度，在1.0～2.8kg/m2之間選取了7個灑布量。然后在表面撒布單一粒徑的碎石，綜合考慮SBS改性瀝青以及橡膠改性瀝青對粒徑及覆蓋率的要求，碎石粒徑在5.0～13.0mm之間，石料覆蓋率達(dá)到60%以上。

（3）采用靜壓法在已撒布黏結(jié)層的試件上成型加鋪瀝青混凝土試件，為了更具代表性，采用AC—16級配中值模擬所用混合料級配。成型尺寸為Φ150mm×50mm。

（4）為了確保改性瀝青與碎石形成界面功能層以及黏結(jié)層完全凝固，將成型后的試件在壓實2h后放入養(yǎng)護室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生24h。

2 剪切試驗

剪切試驗可檢驗黏結(jié)層抵抗剪切變形的能力，從而反映出應(yīng)力吸收層的黏結(jié)性能。已有研究表明，不同豎向壓力下黏結(jié)層的抗剪強度變化趨勢基本一致，變化曲線存在共同的極值點。因此根據(jù)實際工程，試驗條件為25℃，加載速率設(shè)為10mm/min，測試不同瀝青灑布量對層間抗剪強度的影響。根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制瀝青灑布量與抗剪強度關(guān)系，如圖1所示。

圖1 瀝青灑布量與抗剪強度關(guān)系圖

從圖1中可以看出，隨著黏結(jié)層改性瀝青灑布量的增加，三種材料的抗剪強度均存在一個極值點，極值點以前黏結(jié)層的抗剪強度隨瀝青灑布量的增加而變大，極值點過后瀝青灑布量越大，黏結(jié)層的抗剪強度越低。而且從整體來看，橡膠改性瀝青黏結(jié)層的抗剪強度要高于SBS改性瀝青和高黏瀝青黏結(jié)層。

分析其原因，當(dāng)改性瀝青的灑布量較小時，黏結(jié)層油膜較薄，此時層間的黏聚力較小，由改性瀝青和碎石構(gòu)成的黏結(jié)層難以形成整體結(jié)構(gòu)，抗剪強度主要由層間摩擦及碎石的內(nèi)摩擦角貢獻(xiàn)，因而總體抗剪強度較小；隨著灑布量的增加，油膜加厚，改性瀝青與瀝青加鋪層和水泥混凝土面層的物理化學(xué)作用促使黏結(jié)層逐漸形成整體結(jié)構(gòu)，黏聚力和內(nèi)摩擦角逐漸增大，相應(yīng)的抗剪強度增加；但灑布量超過一定用量后，使油膜過厚，層間自由瀝青增加，此時，黏聚力主要由改性瀝青本身的黏聚性提供，加上自由瀝青在層間的潤滑作用，致使黏聚力和內(nèi)摩擦角均逐漸下降，從而使得抗剪強度減小[5]。可見抗剪強度峰值對應(yīng)的瀝青灑布量即為最佳灑布量。

3 拉拔試驗

根據(jù)剪切試驗及圖1得出的最佳瀝青灑布量，即高黏瀝青最佳灑布量為1.3kg/m2，SBS改性瀝青最佳灑布量為1.6kg/m2，橡膠改性瀝青最佳灑布量為1.9kg/m2，分別制備成型試件，在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃溫度條件下進(jìn)行拉拔試驗[7]。通過試驗，所得數(shù)據(jù)如表2所示，溫度與拉拔強度關(guān)系如圖2所示。

表2 不同溫度下的拉拔強度

圖2 溫度與抗拉強度關(guān)系圖

由圖2中拉拔檢測結(jié)果分析可知，從整體來看，三種材料的抗拉強度從大到小依次為：橡膠改性瀝青、SBS改性瀝青、高黏瀝青，而且隨著溫度的增加，三種試驗瀝青的抗拉強度都逐漸降低。以25℃溫度條件下的表現(xiàn)為例，橡膠改性瀝青的抗拉強度是高黏瀝青的1.7倍，是SBS改性瀝青的1.3倍，這表明從黏結(jié)效果來看，橡膠改性瀝青的黏結(jié)性最好。

4 施工工藝

（1）采用銑刨和噴鋼砂兩種方式對黏結(jié)面進(jìn)行處理，現(xiàn)場拉拔試驗表明，采用噴鋼砂的方式層間黏結(jié)性更強。分析其原因，是由于噴鋼砂層間摩擦水平更均勻，接觸面積更廣，整體摩擦力更大。同時，噴鋼砂處理也更便于快速施工，整體差異性小，避免了銑刨施工中揚塵等的污染。

（2）為了保證層間黏結(jié)性，灑布改性瀝青施工前應(yīng)全面清掃舊水泥混凝土表面，可用2～3臺鼓風(fēng)機沿縱向排成斜線將浮灰吹凈。若不能達(dá)到“除凈”的要求，則用水沖洗，清除表面的浮灰和污物。待路面徹底干燥后，方可施工。

（3）施工經(jīng)驗表明：施工對氣溫和天氣狀況有比較嚴(yán)格的要求，施工時氣溫和路面溫度不得低于18℃；風(fēng)速不能影響到瀝青的灑布；雨天和即將下雨天氣不能進(jìn)行施工。

（4）改性瀝青灑布過程中應(yīng)嚴(yán)格控制灑布溫度，應(yīng)該保證改性瀝青在最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，以保證最佳性能，一般控制在190～200℃范圍內(nèi)。撒布碎石前應(yīng)禁止任何車輛、行人通行。

（5）為保證碎石與改性瀝青之間的黏結(jié)性，從灑布改性瀝青開始應(yīng)保證整個工序的連續(xù)性，即灑布改性瀝青后要立即撒布碎石，碎石的覆蓋率最好能達(dá)到90%以上，碎石撒布后立即在較高溫度內(nèi)進(jìn)行碾壓，碾壓應(yīng)該在較短的時間內(nèi)完成。

（6）施工中，一般1臺瀝青灑布車需配備2臺碎石撒布車。撒布車輛倒退勻速行駛，確保不出現(xiàn)黏輪現(xiàn)象，在接縫處避免撒布量過度重疊或漏撒。碾壓施工中，壓路機應(yīng)采用慢速，速度為6～10km/h，避免碎石推移，保證碾壓2～4遍。

（7）應(yīng)力吸收層撒布完成后應(yīng)在1/2h內(nèi)清除多余的未黏結(jié)碎石，而后迅速進(jìn)行瀝青混凝土層的鋪設(shè)。

5 結(jié)論

（1）剪切試驗證明，抗剪強度峰值對應(yīng)的瀝青灑布量即為最佳灑布量。高黏瀝青最佳灑布量為1.3kg/m2，SBS改性瀝青最佳灑布量為1.6kg/m2，橡膠改性瀝青最佳灑布量為1.9kg/m2。

（2）拉拔試驗表明，從黏結(jié)效果來看，橡膠改性瀝青的黏結(jié)力最好。

（3）綜合以上各種分析，推薦使用橡膠改性瀝青作為高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層的黏結(jié)瀝青，推薦最佳灑布量為1.9kg/m2。

[1] 鄭彩英.高黏結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層在水泥路面改造中的應(yīng)用[J].道路工程，2011，（22）：106-107.

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