施工參數(shù)對(duì)橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響

袁 露

(海門市公路管理站，江蘇 南通 226100)

·建筑材料及應(yīng)用·

施工參數(shù)對(duì)橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響

袁 露

(海門市公路管理站，江蘇 南通 226100)

指出橡膠瀝青灑布量、碎石撒布量及碎石粒徑等施工參數(shù)對(duì)橡膠瀝青SAMI的使用性能具有重要影響，并通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了三個(gè)參數(shù)對(duì)橡膠瀝青SAMI抗拉及抗剪性能的影響，并確定了幾個(gè)參數(shù)的適宜取值，通過(guò)研究確定的橡膠瀝青SAMI適宜的橡膠瀝青灑布量、碎石撒布量及碎石粒徑分別為2 kg/m2～2.4 kg/m2，12 kg/m2～14 kg/m2，9.5 mm～13.2 mm。

橡膠瀝青，SAMI，抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度

近年來(lái)，隨著老路改造工程量的劇增，具有優(yōu)良抗裂性能的橡膠瀝青SAMI層的應(yīng)用量越來(lái)越大。但是作為一個(gè)路面結(jié)構(gòu)層，SAMI層不但要抗裂，而且要具有良好的抗拉與抗剪性能，以保證基層與上層間的共同受力。以往的研究更加關(guān)注SAMI層的抗裂作用，對(duì)其抗拉與抗剪性能，特別是現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用性能研究較少，本文從室內(nèi)與室外兩方面，研究了橡膠瀝青SAMI層的各種施工因素對(duì)其抗拉與抗剪性能的影響，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析確定了橡膠瀝青SAMI施工的最佳參數(shù)。

1 試驗(yàn)方案與方法

1.1 試驗(yàn)方案

橡膠瀝青SAMI的主要材料組成包括橡膠瀝青膠結(jié)料及碎石，而橡膠瀝青的用量、碎石的粒徑及碎石用量均會(huì)影響到SAMI層的使用品質(zhì)。

為了確定橡膠瀝青SAMI層的適宜配比，課題中改變橡膠瀝青用量、碎石用量及碎石粒徑，室內(nèi)成型試件后進(jìn)行了拉拔及剪切試驗(yàn)，所采用的試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 橡膠瀝青SAMI試驗(yàn)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

1)剪切試驗(yàn)。橡膠瀝青SAMI層的抗剪性能主要由橡膠瀝青的粘度、碎石的嵌擠性能決定，為了檢驗(yàn)不同配比SAMI層的抗剪性能，開發(fā)了層間斜剪切試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)SAMI層的抗剪性能。試驗(yàn)在壓力機(jī)上完成，并采用自行設(shè)計(jì)加工的試驗(yàn)夾具。將試件及夾具固定在壓力機(jī)中心后，通過(guò)控制壓力機(jī)的油壓穩(wěn)定剪切試驗(yàn)速度(10 mm/min)，通過(guò)壓力機(jī)顯示的壓力值換算SAMI層的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)示意圖見圖1。

試件制作過(guò)程：

第一步采用車轍試模成型水泥混凝土板，水泥混凝土板尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試件成型后在恒溫恒濕條件下養(yǎng)生，養(yǎng)生28 d后表面打毛(見圖2)；第二步水泥混凝土板養(yǎng)生后，在其上按要求撒布橡膠瀝青及碎石；第三步橡膠瀝青SAMI層撒布結(jié)束后，在輪碾儀上成型Sup20混合料層，厚度為50 mm；第四步瀝青混合料溫度達(dá)到常溫后脫模，采用取芯機(jī)鉆取試驗(yàn)芯樣(見圖3)；第五步試件在50 ℃恒溫域下養(yǎng)生2 h后進(jìn)行剪切試驗(yàn)。

2)拉拔試驗(yàn)。橡膠瀝青SAMI層的抗拉性能主要取決于橡膠瀝青的粘度，與碎石的粒徑及撒布量也存在一定關(guān)系，為了檢驗(yàn)不同配比SAMI層的抗拉性能，課題組開發(fā)了層間拉拔試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)SAMI層的抗拉性能。試驗(yàn)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上完成，并采用自行設(shè)計(jì)加工的試驗(yàn)夾具。將試件采用AB膠與拉拔試驗(yàn)夾具粘結(jié)牢固后固定在試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)控制試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)速度穩(wěn)定拉拔試驗(yàn)速度(10 mm/min)，通過(guò)試驗(yàn)機(jī)顯示的拉力值換算SAMI層的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)示意圖見圖4。

試件制作過(guò)程：

試件制作的第一步～第四步同剪切試驗(yàn)步驟；

第五步將試件的上、下底面分別涂刷AB膠，與拉拔夾具粘結(jié)；

第六步待粘結(jié)牢固后，將試件在50 ℃恒溫域下養(yǎng)生2 h后安裝于試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 橡膠瀝青灑布量對(duì)SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

根據(jù)表1中的試驗(yàn)方案，改變橡膠瀝青灑布量，采用碎石的粒徑范圍為9.5 mm～13.2 mm，碎石撒布量14 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進(jìn)行拉拔、剪切試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同橡膠瀝青用量時(shí)SAMI層拉拔、剪切試驗(yàn)結(jié)果 MPa

由表2中數(shù)據(jù)可見：

1)在碎石的撒布量一定的條件下，在課題中選擇的橡膠瀝青灑布量范圍內(nèi)，隨著單位面積橡膠瀝青灑布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，在橡膠瀝青灑布量為2.2 kg/m2時(shí)最大，最大值達(dá)到0.496 MPa；2)隨著單位面積橡膠瀝青灑布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，在橡膠瀝青灑布量為2.6 kg/m2時(shí)最大，最大值達(dá)到0.331 MPa。

綜合以上分析，橡膠瀝青灑布量的增加會(huì)提高SAMI層的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)于SAMI層的抗剪強(qiáng)度并非灑布量越大越好，考慮到SAMI層的實(shí)際受力狀況，在50%超載條件下的剪應(yīng)力極值為0.390 MPa，考慮一定的安全系數(shù)，橡膠瀝青灑布量在2 kg/m2～2.4 kg/m2時(shí)較為適宜。

2.2 碎石撒布量對(duì)SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

根據(jù)表1中的試驗(yàn)方案，改變碎石撒布量，碎石粒徑為9.5 mm～13.2 mm，橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進(jìn)行拉拔、剪切試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同碎石撒布量時(shí)SAMI層拉拔、剪切試驗(yàn)結(jié)果 MPa

由表3中數(shù)據(jù)可見，在橡膠瀝青的灑布量一定的條件下，在課題中選擇的碎石撒布量范圍內(nèi)，隨著單位面積碎石撒布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，抗拉強(qiáng)度在碎石撒布量為12 kg/m2時(shí)最大，最大值為0.324 MPa，抗剪強(qiáng)度在碎石撒布量為14 kg/m2時(shí)最大，最大值為0.496 MPa。

根據(jù)對(duì)橡膠瀝青SAMI層的受力分析，結(jié)合上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)碎石粒徑為9.5 mm～13.2 mm時(shí)，橡膠瀝青SAMI層適宜的碎石撒布量為12 kg/m2～14 kg/m2。

2.3 碎石粒徑對(duì)SAMI層抗拉及抗剪性能的影響

1)碎石采用同樣的質(zhì)量。根據(jù)表1中的試驗(yàn)方案，改變碎石粒徑，采用橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2，碎石灑布量14 kg/m2下成型試件，在50 ℃條件下進(jìn)行拉拔、剪切試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 同質(zhì)量不同粒徑時(shí)SAMI層拉拔、剪切試驗(yàn)結(jié)果 MPa

2)碎石采用同樣的覆蓋率。根據(jù)表1中的試驗(yàn)方案，改變碎石粒徑，采用橡膠瀝青灑布量2.2 kg/m2，碎石撒布覆蓋率均為100%時(shí)成型試件，進(jìn)行拉拔、剪切試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。根據(jù)室內(nèi)計(jì)量，當(dāng)覆蓋率均為100%時(shí)，9.5 mm～13.2 mm顆粒撒布量為14.4 kg/m2，5 mm～10 mm顆粒撒布量為12.6 kg/m2。

根據(jù)表4及表5中的數(shù)據(jù)，與碎石覆蓋率方法相比，以單位面積碎石的撒布質(zhì)量控制施工，雖然更有利于控制施工精度，但是以覆蓋率控制生產(chǎn)更有利于獲得較好品質(zhì)的SAMI層。橡膠瀝青SAMI施工時(shí)，建議采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆蓋面積以85%～100%較為適宜。

表5 同覆蓋率不同粒徑時(shí)SAMI層拉拔、剪切試驗(yàn)結(jié)果 MPa

分析原因?yàn)椋涸谙鹉z瀝青碎石封層中撒布碎石的作用是為了提高層間抗剪強(qiáng)度，在鋪筑上面層時(shí)不破壞封層油膜。如果石料過(guò)多，撒布后碎石層就會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，易形成碎石夾層，上層石料與瀝青膜的裹附面積減小，這部分石料的粘結(jié)力下降，影響路面的使用性能和壽命；如果石料過(guò)少，則撒布過(guò)后會(huì)使瀝青膜局部沒有覆蓋，壓路機(jī)碾壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的粘輪現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致無(wú)法施工。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量檢測(cè)

3.1 剎車試驗(yàn)

按文中的研究成果進(jìn)行了試驗(yàn)路鋪筑，試驗(yàn)段鋪筑完成2 d后，用BZZ-60標(biāo)準(zhǔn)汽車以50 km/h車速急剎，觀察封層的粘結(jié)性能。檢測(cè)狀況如圖5所示，可見SAMI層保持完好，碎石不脫落，瀝青層不破裂，表明橡膠瀝青SAMI與基層的抗剪切能力較強(qiáng)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)拉拔及剪切試驗(yàn)

為了解橡膠瀝青SAMI層在實(shí)際工程中的抗拉及抗剪性能，在試驗(yàn)路Sup20瀝青下面層施工結(jié)束后，課題組現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了拉拔與剪切試驗(yàn)(見圖6，圖7)，并與熱噴SBS改性瀝青同步碎石下封層的現(xiàn)場(chǎng)抗拉及抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 橡膠瀝青SAMI層抗拉及抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

熱噴SBS改性瀝青的撒布量設(shè)定為1.1 kg/m2，碎石的撒布量為5 kg/m2～6 kg/m2，該試驗(yàn)段位于上海某高速高架橋段，與項(xiàng)目試驗(yàn)段橡膠瀝青SAMI的使用基本狀況相似。兩個(gè)試驗(yàn)段的拉拔與剪切試驗(yàn)溫度均在30 ℃左右，故試驗(yàn)結(jié)果具有一定可比性。

通過(guò)對(duì)表6中數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青SAMI的抗拉及抗剪強(qiáng)度要高于熱噴SBS改性瀝青+碎石封層。同樣溫度條件下，橡膠瀝青SAMI的抗拉強(qiáng)度較熱噴SBS改性瀝青+碎石封層高約0.1 MPa，抗剪強(qiáng)度高約0.031 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)橡膠瀝青SAMI層抗裂及抗剪性能的影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，優(yōu)選了最佳施工參數(shù)，并結(jié)合試驗(yàn)段實(shí)施對(duì)研究結(jié)論的應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，所得結(jié)論包括：

1)橡膠瀝青灑布量的增加會(huì)提高SAMI層的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)于SAMI層的抗剪強(qiáng)度并非灑布量越大越好，考慮到SAMI層的實(shí)際受力狀況，建議橡膠瀝青灑布量控制在2 kg/m2～2.4 kg/m2；

2)在橡膠瀝青灑布量一定的條件下，隨著單位面積碎石撒布量的增加，橡膠瀝青SAMI的抗剪強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，建議橡膠瀝青SAMI層適宜的碎石撒布量為12 kg/m2～14 kg/m2；

3)以覆蓋率控制橡膠瀝青SAMI生產(chǎn)更有利于保證施工質(zhì)量，建議采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆蓋面積以85%～100%較為適宜；

4)根據(jù)實(shí)體工程驗(yàn)證，采用文中成果橡膠瀝青SAMI層具有良好的抗拉與抗剪性能。

[1] 趙劍強(qiáng).公路交通與環(huán)境保護(hù)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] Gandhi,T.,Amirkhanian,S..Laboratory Investigation of Warm Asphalt Binder Properites-A Preliminary Investigation,In Proceedings of the 5th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavement and Technological Control.Park City,Utah,2007:475.

The influence of construction parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear properties

Yuan Lu

(HaimenRoadStation,Nantong226100,China)

This paper pointed out that the rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size and other construction parameters had important effects to the use performance of rubber asphalt SAMI, and through the indoor test researched the influence of three parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear parameters, and determined the adaptation value of several parameters, through the research determined the appropriate rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size of rubber asphalt SAMI respectively was 2 kg/m2～2.4 kg/m2, 12 kg/m2～14 kg/m2, 9.5 mm～13.2 mm.

rubber asphalt, SAMI, tensile strength, shear strength

2015-08-29

袁 露(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0125-03

TU535

A