瀝青混凝土路面對比試驗路段車轍與裂縫觀測結果的分析

2016-05-14 09:13:49李永輝

中華建設科技 2016年9期

【摘要】本文基于AH-AC瀝青混凝土路面、SBS-AC瀝青混凝土路面和AR-AC瀝青混凝土路面三種對比試驗路段觀測的結果，闡述了廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面抗車轍性能和抗反射裂縫性能明顯優于普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面的原因。

【關鍵詞】瀝青；SBS改性瀝青；廢胎膠粉橡膠瀝青；混凝土路面；抗車轍性能；抗反射裂縫性能。

【Abstract】Based on the observation results of three comparative test sections of AH-AC asphalt concrete， SBS-AC and AR-AC asphalt concrete pavement， Which is better than that of ordinary asphalt concrete pavement and SBS modified asphalt concrete pavement.

【Key words】Asphalt；SBS modified asphalt；Waste rubber powder asphalt rubber；Concrete pavement；Anti-rutting performance；Anti-reflective cracking performance.

1. 前言

（1）按照瀝青路面的結構特征，其分為三種--骨架空隙型結構路面、懸浮密實型結構路面和密實骨架型結構路面，其中懸浮密實型結構路面應用最多，它的典型代表就是瀝青混凝土路面。按照瀝青路面所用結合料的不同，其分為普通瀝青混凝土路面（AH-AC）和改性瀝青混凝土路面，常用的為SBS改性瀝青混凝土路面（SBS-AC）。

（2）我國已建成的高速公路及普通公路絕大部分是瀝青路面。由于車輛嚴重超載超限、大交通量、渠化行車以及高溫天氣等因素的影響，導致車轍已成為瀝青路面的主要病害之一，據統計80%的瀝青路面出現不同程度的車轍。實踐證明，SBS改性瀝青混凝土路面也經常出現車轍。

（3）目前，我國廢舊輪胎已造成嚴重的環境污染并且持續加重，利用廢胎膠粉筑路，技術上可行，質量可以保證，廢胎膠粉使用量大，并且廢舊輪胎利用率高，為廢舊輪胎的再利用找到了很好的途徑。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面（AR-AC）的應用日益增多并且增速很快。

2. 對比試驗路段情況

（1）對比試驗路段選在G311魯山境山區，是砂石運輸通道，超載超限嚴重，交通量大，導致車轍、裂縫等早期病害頻發，道路寬7m，于2006年修為砂礫石水泥混凝土路面，5m切一道縫，2012年10月上旬做"白改黑"對比試驗路段工程，舊路病害按照規范要求進行了處理，舊水泥混凝土路面切、接縫處貼50cm寬土工布，灑布0.3Kg/M2SBR改性乳化瀝青后做三種對比試驗瀝青混凝土路面，如表1所示。

（2）除結合料外，三種試驗路段所用材質與規格相同。普通道路石油瀝青標號為AH-70#A，SBS改性瀝青的改性劑含量為5%，廢胎膠粉橡膠瀝青的膠粉含量為20%（外摻）。

AC-10瀝青混凝土路面集料級配及油石比如表2所示。

AC-16瀝青混凝土路面集料級配及油石比如表3所示。

3. 對比試驗路段車轍與裂縫觀測結果

3.1對比試驗路段觀測結果如表4所示。

3.2從表4可以看出：

（1）普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經歷第一個夏季就產生了車轍，在經歷第二個和第三個夏季時車轍還會加深，只是SBS改性瀝青混凝土路面產生的車轍相比普通瀝青混凝土路面較淺而已，而廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經歷了三個夏季仍然沒有出現車轍。三者相比，抗車轍性能廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面最好，SBS改性瀝青混凝土路面次之，普通瀝青混凝土路面最差。其中廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗車轍性能較其它兩者要好很多，SBS改性瀝青混凝土路面的抗車轍性能較普通瀝青混凝土路面好，但差別不太大；

（2）普通瀝青混凝土路面經歷第一個冬季就產生了20條裂縫（對應20條舊水泥混凝土路面切縫處），反射裂縫產生率達100%。SBS改性瀝青混凝土路面經歷第一個冬季就產生了13條裂縫，反射裂縫產生率達65%，經歷第二個冬季后反射裂縫產生率達100%。廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經歷了三個冬季仍然沒有產生反射裂縫。三者相比，抗反射裂縫性能廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面最好，SBS改性瀝青混凝土路面次之，普通瀝青混凝土路面最差。其中廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能較其它兩者要好很多，SBS改性瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能較普通瀝青混凝土路面好，但差別不太大。

4. 對比試驗路段車轍與裂縫觀測結果的分析

廢胎膠粉橡膠瀝青是把廢胎膠粉摻入基質瀝青中經過溶脹、網絡填充、交聯或者降解等作用制得的改性瀝青，它應用于道路路面具有如下特點：

4.1軟化點高，粘度大。

（1）試驗路段所用結合料的軟化點如表5所示。

（2）從表5可以看出，SBS改性瀝青和廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點都比普通道路石油瀝青高得多，但是SBS改性瀝青的軟化點相對于夏季瀝青路面溫度還是低，而廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點可能是高于夏季瀝青路面溫度。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經歷了三個夏季仍然沒有出現車轍，而普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經歷第一個夏季就產生了車轍，并且在經歷第二個和第三個夏季時車轍還會加深。

試驗路段所用結合料的粘度如表6所示。

（3）粘度是瀝青的力學指標，粘度的大小反映瀝青在發生流動時內部分子間摩擦阻力的大小，也就是常說的粘聚力的大小，在外部表現為瀝青抵抗流動的能力。

（4）瀝青路面的抗剪強度是由集料的摩擦力和結合料的粘聚力構成的，粘度越大，粘聚力越大，則瀝青路面抗車轍的能力就越強。

（5）從表6可以看出，SBS改性瀝青180℃旋轉粘度是普通道路石油瀝青的3.2倍，廢胎膠粉橡膠瀝青180℃旋轉粘度是SBS改性瀝青的6.1倍，是普通道路石油瀝青的19.4倍。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗車轍性能要比SBS改性瀝青混凝土路面和普通瀝青混凝土路面好得多，所以普通瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混凝土路面經歷第一個夏季就會產生車轍，在經歷第二個和第三個夏季時車轍還會加深，只是SBS改性瀝青混凝土路面產生的車轍相比普通瀝青混凝土路面較淺而已，而廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面經歷了三個夏季仍然沒有出現車轍。

4.2廢胎膠粉橡膠瀝青中的廢胎膠粉是以顆粒狀態存在的。

（1）橡膠粉顆粒加入廢胎膠粉改性瀝青可形成加勁結構：橡膠顆粒三維隨機分布，構成連續相，橡膠顆粒間靠凝膠膜連接，節點粘結效力依賴于溫度溶脹后的橡膠粉之間沒有強的化學鏈接，廢胎膠粉改性瀝青內部不形成整體性的網絡加勁結構。

（2）廢胎膠粉改性瀝青中，常溫及常溫以下溫度時膠粉模量相對瀝青模量較低，膠粉與瀝青應變不同步，主裂紋前端應力場發生變化，易使主裂紋偏傳。同時，加上本身存在大量表面毛刺、纖維，當基質瀝青達到極限應變斷裂時，斷裂應力將瞬間集中在膠粉顆粒上，在顆粒表面產生應力集中，誘發大量銀紋（銀紋是指材料表面或內部的一些缺陷在受到應力集中作用時引發的細微紋痕和剪切帶），銀紋的產生和發展消耗大量的能量，因此可提高瀝青的沖擊強度和可塑性。而且，裂縫不會穿透膠粉顆粒發展，橡膠顆粒是銀紋的中心，它跨越銀紋的兩端，銀紋要發展就必須拉伸橡膠顆粒，橡膠顆粒因此消耗和吸收大量的能量，提高了橡膠顆粒瀝青混合料的抗沖擊能力。銀紋的另

一特點是，在應力作用初期銀紋體相當硬，當應力超過一定數值后，銀紋體開始屈服，形變隨時間的延長而發展，斷裂伸長增加，卸載后應變逐漸恢復，應變隨時間的延長而消失。

（3）膠粉顆粒的存在易使主裂紋偏轉，裂紋偏轉可降低裂尖的應力強度因子，從而增強膠粉改性瀝青的抗裂能力。

（4）在SBS改性瀝青中，SBS改性劑與瀝青相溶很充分，SBS改性劑不是以顆粒形態存在的；在普通道路石油瀝青中根本就不存在顆粒物質。

（5）所以，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗反射裂縫性能相比要好得多，雖然經歷了三個冬季，但仍然沒有產生反射裂縫。

5. 結語

廢胎膠粉橡膠瀝青用于道路路面具有如下優點：

（1）針入度減小，軟化點提高，粘度增大，瀝青的高溫穩定性提高，高溫抗車轍能力增強；

（2）改善瀝青的低溫性能，提高混合料的低溫抗裂性；

（3）增強粘附性，石料表面粘附的膠粉改性瀝青膜厚度增加，瀝青路面抗水損害性能提高；

（4）提高混合料的抗老化性能和抗疲勞性能；

（5）降低噪聲污染；

（6）減少和消除廢輪胎堆放導致的公害，同時又得到合理的二次資源利用，獲得資源和環境的雙重效果。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面將會得到廣泛的應用。