新型薄層應力吸收層瀝青混合料在柳南高速公路水泥路面改造中的應用

劉春華 周興業 陳智杰

摘要：為了解決目前應力吸收層過分強調變形能力而導致材料偏柔、高溫性能不足等問題，文章結合柳州至南寧高速公路舊水泥混凝土改造工程實例，研發了一種全新的薄層應力吸收層材料，以富瀝青含量和粗集料斷級配為主要特征，使用常規材料即可制備。研究結果表明，新型薄層應力吸收層具有十分良好的抗變形性能、高溫抗車轍性能、施工和易性，因使用常規材料即可生產，可降低材料成本1/3左右。

關鍵詞：應力吸收層;瀝青混合料;水泥路面;反射裂縫

中圖分類號：U412.36+6A030093

0 引言

在柳州至南寧高速公路（柳南高速）舊水泥混凝土路面改造項目中，瀝青混凝土路面加鋪結構厚度為12 cm或14 cm，其中，在舊水泥路面板上設置了一層厚度為2 cm的應力吸收層瀝青混合料。目前，已有研究中水泥路面加鋪瀝青面層的應力吸收層，多采用特種高粘高彈瀝青和懸浮密實型礦料級配提高抗變形能力以抵抗反射裂縫，但卻因過分強調變形能力，而導致混合料的模量偏低、柔性較大，雖然抵抗反射裂縫效果好，但對于廣西等高溫、濕熱、多雨地區而言，高溫穩定性也不可忽略。因此，當總加鋪厚度只有12 cm或14 cm時，盡管應力吸收層較薄，但仍需要協調好抗反射裂縫能力和高溫抗變形能力。為了解決這些問題，在柳州至南寧高速公路舊水泥混凝土改造中，研發并使用了一種新型的薄層應力吸收層材料，以富瀝青含量和粗集料斷級配為主要特點，使用常規的路面材料即可制備，兼顧防反射裂縫和高溫抗變形能力的同時，可有效節約造價，是一種性能較為優異、均衡的瀝青混合料。

1 新型薄層應力吸收層瀝青混合料技術原理

為了協調抗反射裂縫性能和高溫穩定性、保證路用性能均衡，新型薄層應力吸收層瀝青混合料采用粗集料、密實型、斷級配的礦料級配組成原則設計，并使用交通運輸部公路科學研究院提出的應力吸收層“四控制點”的方法來確定最佳油石比，該方法的核心技術原理如下（見下頁圖1）：

（1）根據瀝青混合料的施工和易性確定最佳油石比的“第1個控制點”OAC1。油石比越大、瀝青膠漿和砂漿含量越多，抗變形能力越好，但抗高溫性能和施工和易性越差。為了保證施工和易性，可通過控制最大瀝青用量的方式來進行設計優化，故選擇瀝青混合料析漏損失率與油石比關系曲線的突變上升點作為最佳油石比的“第1個控制點”OAC1。

（2）根據瀝青混合料的體積狀態確定最佳油石比的“第2個控制點”OAC2。由于新型應力吸收層采用粗集料、密實型、斷級配的礦料級配進行設計，當其在最緊密狀態時具有最優的綜合路用性能，故選擇礦料間隙率VMA最小時的油石比作為“第2個控制點”。

（3）根據瀝青混合料的抗變形能力確定最佳油石比的“第3個控制點”OAC3。在OAC1與OAC2之間進行瀝青混合料的彎曲變形試驗，將滿足彎曲應變5000微應變要求所對應的油石比作為“第3個控制點”OAC3。

（4）根據瀝青混合料的高溫抗車轍能力確定最佳油石比的“第4個控制點”OAC4。在OAC1與OAC2之間進行瀝青混合料的60 ℃車轍試驗，將滿足動穩定度2 000次/mm和相對變形5%要求所對應的油石比作為“第4個控制點”OAC4。

2 柳南高速公路水泥路面改造中的應用

2.1 設計級配與技術要求

柳南高速水泥路面改造中使用的新型薄層應力吸收層混合料設計推薦級配和技術指標要求如表1、表2所示。

2.2 設計成果

采用前述方法進行柳南高速公路水泥路面改造項目中各瀝青加鋪標段應力吸收層的目標配合比和生產配合比設計。部分標段的設計結果如表3和表4所示。

從表3、表4中的數據中可以看出：

（1）本文設計的新型薄層應力吸收層最大彎曲變形平均可達9 600 με，比技術要求提高約1倍左右，抗變形能力十分優異，具有良好的防反射裂縫效果。

（2）由于采用了“四控制點”方法確定最佳油石比，使用普通的瀝青和集料即可生產路用性能優異的應力吸收層，避免了采用特種高粘高彈瀝青和懸浮密實型礦料級配生產應力吸收層的做法，與同類技術相比可平均降低油石比2%左右，可直接節約材料成本1/3以上，顯著降低工程投資。

（3）對于廣西等高溫、濕熱、多雨地區而言，本文設計的新型薄層應力吸收層車轍試驗的動穩定度平均值為3 196次/mm，與同類技術相比可提高2～3倍，高溫性能十分優異，可為整個瀝青加鋪層提供一定的抗車轍性能。

3 實施效果評價

通過柳南高速公路施工過程中的抽檢結果和加鋪改造后3年后的評價數據，對新型薄層應力吸收層混合料的實施效果進行評價。表5為柳南高速公路施工過程中各個路面標應力吸收層混合料的抽檢結果。從表5中可以看出，本文的新型薄層應力吸收層瀝青混合料，具有十分良好的實施效果，瀝青飽和度、車轍試驗動穩定度和相對變形、壓實度、結構厚度等均能夠滿足技術指標要求。這主要是由于本文設計的新型應力吸收層屬于一種富瀝青含量、粗集料、密實型、斷級配瀝青混合料，具有良好的變形能力，一方面富瀝青用量保證了足夠的抗變形能力和抗疲勞能力，另一方面粗集料斷級配保證了一定的抗高溫車轍性能。

柳南高速公路加鋪改造后第三年，曾對路況進行了跟蹤觀測。結果發現，通車三年多來，整條高速公路沒有反射裂縫的病害問題，應力吸收層的使用效果較好，這說明材料設計是成功的。從車轍路段的鉆芯情況來看，沒有發生由于應力吸收層變形過大而導致的車轍問題，這表明按照現有的應力吸收層材料組成設計方法和控制指標能夠保證該層材料抵抗高溫變形的能力。

4 結語

通過試驗研究和工程應用發現，本文研發的新型薄層應力吸收層混合料，與同類技術相比，具有十分良好的抗變形性能、高溫抗車轍性能、施工和易性，可使用常規材料制備，能夠降低材料成本1/3左右。

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收稿日期：2020-05-08