公路路面修復工程中的橡膠瀝青混凝土應用

王菲 李晶晶

摘要：文章以其在應力吸收膜層的應用為重點，結合應力吸收層對材料、施工工藝的要求，將橡膠顆粒以集料方式與瀝青混融，并透過實驗方法，分析橡膠顆粒技術性質、級配選擇及瀝青用量對橡膠瀝青混凝土性能的影響，進而確定配合比設計方法;同時，通過橡膠混凝土施工過程中年攪拌、攤鋪、碾壓技術的分析，來確定公路路面修復質控的關鍵點，并實測其作為公路路面修復基材的滲水系數、構造深度、摩擦系數、壓實度等路用指標，結果表明，其路用性能較優，達到了預期設計要求。

關鍵詞：橡膠顆粒;公路災害;經濟性;路用性能

中圖分類號：U414.75

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0061-04

0 引言

瀝青路面因施工便捷、噪音小、行駛舒適，而成為我國公路路面的主要材料，占比達到了90%以上，但以石蠟制備而成的石油瀝青路面，具有較高的溫度敏感性，在高低溫作用下，會出現瀝青表層流淌、發脆的問題，且因為施工工藝欠佳，公路車輛數量、車型及超載的不斷增加，公路路面容易出開裂、軟化、車轍、龜裂、擁包等病害，亟待修復。而橡膠瀝青混凝土作為一種改性瀝青材料，其利用廢舊輪胎制備膠粉或膠粒，通過高溫攪拌讓其與基質瀝青混融發生溶脹反應生成的，與普通瀝青比較，其具備較好的抵抗溫變性性、抗水損害、抗老化及疲勞性，將其用于公路建設，不僅能夠優化公路路面的使用舒適性、耐用性、壽命，而且能夠最大限度的實現廢舊輪胎再生利用，變廢為寶，達到較好的節能減排效果。為此，多以使用橡膠瀝青混凝土作為公路路面修復材料具有經濟性和實用性，但以往的研究中，多以粉狀形式摻人瀝青進行混融，而通英美法、澳大利亞等國家的工程實踐驗證，使用橡膠顆粒改性的瀝青混凝土鋪設的公路路面，呈現較優的高彈性，降噪效果明顯，被稱為“安靜公路”，為此，本文將以橡膠顆粒作為部分替代細集料，與瀝青混融制備橡膠瀝青混凝土，作為公路路面修復的基材，分析其制備工藝及影響因素，測定其應用性能和經濟性，以為高效、低成本的公路養護提供有效支撐。

1 工程概況及修復技術要求

某市區人車流密度高的公路路面原有為水泥砼，在大型、高密集車載重力影響下，及環境侵蝕，加之水泥路面自身密度低、強度分布將不均勻，影響了其與瀝青面層的粘接連續性，此時，容易出現裂縫、坑槽、水泥間縫槽過大、剝落等病害[1]。而路面剛柔性，正來自于瀝青罩面與水泥之間的粘合作用，而目前最常用的方法，對路面進行挖掘修復，加鋪一層應力吸收膜層，以增強粘結作用，預防路面病害，而為迎合節能環保的需求，該工程將采用橡膠瀝青混凝土進行加鋪，該應力吸收層加鋪的技術要求如下：

集料：公路路面工程修復中應力吸收膜層的集料，應選用玄武巖、輝綠巖、石灰巖等強基性硬質巖，粒徑應達到：

d≤0.6D

（1）

式（1）中，D為集料的最大粒徑;同時集料棱角應達到[2]：

L+ G≤6E

（2）

PC/E>1.56≤P0

（3）

式（2）、（3）中L、G、E分別為集料長度、直徑、厚度，單位均為mm，PC/E>1.56、P。分別為集料中GIE> 1.56的扁平狀顆粒含量、允許通過率，%。

同時，結合理論與實踐，用于應力吸收層的橡膠瀝青混凝土應具備高韌性、彈性、泌水性及高彈性，為此，其修復施工技術工藝應滿足：

為確保環保及提升與瀝青的膠黏效用，應確保橡膠粉的摻量在20%-30%以上，細度也要盡高點，不應超過120目即可;且基于廢舊輪胎橡膠顆粒的高硬質、彈性，可以其部分替代巖石集料，橡膠瀝青混凝土制備過程應選用剪切+攪拌的方法，并確保發育時間充分，以實現橡膠瀝青充分混融，溶脹，提升橡膠瀝青混凝土的吸收應力。

2

公路路面修復用橡膠瀝青混凝土的制備

2.1 原材料選擇

為滿足上述公路路面修復工程中應力吸收層施工技術要求，本文基質瀝青選用90號道路石油瀝青，膠粉選用80目，以22%的摻量，200℃溫度下持續攪拌60min[3]，通過機械攪拌得到橡膠瀝青，各項指標實測值均達到了要求。粗細集料中參照《公路工程集料試驗規程》（JTC E42-2005）要求，細集料選用干燥、無雜質、無風華的級配較高的玄武巖，碎石屑、機械砂應分別選型3# （3-5mm）、（4# （0-3mm）;粗集料部分選擇石灰巖，部分以廢舊輪胎橡膠顆粒予以替代，通過對比，選用低成本的常溫粉碎法，在常溫條件下利用機械作用剪切、撕拉、輾磨廢舊輪胎，獲得橡膠顆粒。同時，因礦粉需與瀝青產生膠融作用，用于填充骨架空隙，故而，應選用干燥、無結團、無黏土雜質的礦粉。

2.2 配合比設計

2.2.1橡膠顆粒形狀

因本文擬以橡膠顆粒部分替代集料，用于制備橡膠瀝青混凝土，而為測定橡膠顆粒形狀，也即細長扁平率對于橡膠瀝青混凝土壓實度和體積特性的影響，以便評測其用于公路路面修復的性能，將以橡膠顆粒的回彈率和空隙率作為測評指標，回彈率計算公式為[4]：

式（4）中，h1、h2分別為成型后、脫模后試件的高度，mm。

空隙率計算公式為：

將橡膠顆粒瀝青混凝土攪拌成型試件，通過試驗可知，橡膠顆粒的細長扁平率與橡膠瀝青混凝土的回彈率、孔隙率呈正向關系。橡膠顆粒細長扁平率越高，混凝土的回彈率、孔隙率越高，被壓實的程度越低，這是細長扁平的顆粒與其他集料的相互摩擦嵌鎖作用減弱，加之橡膠顆粒的彈性較高，回彈率升高會撐開礦料骨架，也會增大試件的空隙率，影響其作為應力吸水層的壓實度，為此，應選用細長扁平率較低、呈現立體形狀的橡膠顆粒作為原材，用于公路路面修復。

2.2.2 級配的確定

目前，尚未規范對橡膠瀝青混凝土配合比進行規范，通常其級配存在骨架密實型、懸浮密實型、骨架空隙型等3類，各有優勢，公路路面修復過程中，若要達到較好的水穩定性、低溫抗裂性及耐久性，優選懸浮密實結構，若要達到較好的抗車轍能力、高溫穩定性，則選擇骨架空隙型，而密實骨架型則集成了上述2種級配的優點。通常，采用2種及以上的集料配合才能達到級配范圍要求，此時，需要對橡膠瀝青混凝土進行配合比設計，故而，本文根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTC F40-2004）[5]，根據公路路面工程災害類型、自然條件及材料特性確定橡膠瀝青混凝土的礦料級配，以AC-13作為目標配合比，采用最小二乘法以Matlab軟件優化礦料的組成，以得出礦料的配合比。