橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層路用性能分析

李瑞娜

（山西交通控股集團有限公司運城南高速公路分公司，山西 運城 044000）

引言

目前，國內外對瀝青路面超薄磨耗層的研究技術還不夠成熟，在實踐應用中存在超薄磨耗層與原路面黏結不良，水穩定性差，耐久性差等問題[1]。超薄磨耗層施作后，在車輛荷載的重復作用下，容易脫落，雨水從磨耗層孔隙滲入，造成磨耗層和路面結構破壞。超薄磨耗層使用一段時間后，路用性能會有很大幅度的下降，這些都影響超薄磨耗層的推廣應用[2-3]。對橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層結構進行研究，并開展試驗檢驗超薄磨耗層的路用性能，整理數據作為主要分析依據。

1 原材料選用

1.1 集料

粗集料選用質地堅硬、強度高、形狀規則、多棱角的玄武巖，細集料選用玄武巖機制砂，主要技術性能檢測結果見表1。

表1 集料主要技術性能指標檢測結果

1.2 瀝青

基質瀝青選用70#石油瀝青，主要技術指標檢測結果見表2。

表2 70#基質瀝青技術指標

1.3 橡膠粉

橡膠粉選用40目廢舊輪胎加工的橡膠粉，摻量為18%，主要技術指標檢測結果見表3。

表3 橡膠粉技術指標檢測結果

1.4 礦粉級纖維穩定劑

礦粉選用干燥、潔凈的石灰石礦粉，纖維穩定劑選用木質素纖維。

2 級配和配合比設計

2.1 礦料級配

選用SMA-10瀝青混合料作為研究對象，最大公稱直徑為9.5 mm，超薄磨耗層厚度為25 mm。SMA-10瀝青混合料礦料級配見表4。

表4 SMA-10瀝青混合料礦料級配

2.2 確定最佳瀝青用量

SMA-10瀝青混合料孔隙率為3.4%，分別選取為5.5%、6%、6.5%三種瀝青含量制作馬歇爾試件，結合試驗結果確定孔隙率3.4%所對應的瀝青含量為6.3%，確定最佳瀝青含量為6.3%。

3 SMA超薄磨耗層路用性能分析

3.1 水穩定性試驗結果分析

水穩定性不足會加速瀝青路面破壞，對SMA-10瀝青混合料開展試驗，檢測馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂試驗強度比，對超薄磨耗層混合料水穩定性進行評定。馬歇爾殘留穩定度檢測結果見表5。

表5 馬歇爾殘留穩定度試驗檢測結果

分析表5中SMA-10超薄磨耗層混合料馬歇爾殘留穩定度試驗檢測結果，各檢測值均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中SMA改性瀝青混合料不小于80%的要求，說明混合料水穩定性良好。

分別制作兩組馬歇爾試件，每組4個，試件直徑101.6 mm，高度63.5 mm，第一組試件在常溫條件下保存，第二組試件開展真空飽水試驗，凍融劈裂試驗強度比試驗檢測結果見表6。

表6 凍融劈裂試驗強度比試驗檢測結果

分析兩類馬歇爾試件凍融劈裂試驗強度比試驗檢測結果，檢測值均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中不低于80%的要求，說明SMA-10超薄磨耗層混合料水穩定性良好。

3.2 抗滑性能試驗結果分析

為了確定橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層的抗滑性能，對鋪筑后瀝青路面的構造深度和摩擦系數進行檢測。構造深度采用手工鋪沙法進行檢測[4]，檢測結果見表7。

表7 構造深度試驗檢測結果

分析試驗檢測結果，SMA-10超薄磨耗層混合料的構造深度檢測結果平均值為1.241 mm，滿足均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中對年降雨量超過1 000 mm的要求，說明混合料抗滑性能良好。

摩擦系數采用BM-III型擺式摩擦系數測定儀測定，檢測結果見表8。

表8 抗滑值試驗檢測結果

分析數據，各試件抗滑值檢測結果平均值為81.8，摩擦系數為0.821，摩擦系數較高，說明磨耗層混合料抗滑性能滿足設計要求。

3.3 高溫穩定性與抗滲性能試驗結果分析

為了驗證SMA超薄磨耗層的高溫穩定性，制作試件開展車轍試驗，車轍動穩定度試驗檢測結果為4 396次/mm，滿足設計要求的不小于3 000次/mm的要求。另外，車轍試驗動穩定度檢測結果越大，混合料脆性越高，當動穩定度超過6 000次/mm時，脆性更高。因此，本項目所選SMA混合料高溫穩定性均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的相關要求，且脆性較低。

SMA混合料結構內部孔隙有纖維穩定劑和瀝青膠漿等材料填充，大大降低了空隙率，具有良好的抗滲性能。為了確定SMA超薄磨耗層的抗滲性能，制備試件開展滲水試驗，得到SMA-10超薄磨耗層混合料的滲水系數69 mL/min，滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中不超過80 mL/min的相關要求，說明混合料抗滲性能良好。

3.4 低溫抗裂性試驗結果分析

低溫季節瀝青路面混合料體積收縮產生溫度應力，如路面材料抗拉強度不足，很容易產生開裂。雨季水分自裂縫滲入路面結構后，會加速路面結構破壞。采用彎曲蠕變試驗對橡膠改性瀝青SMA混合料進行測定，分析試驗結果確定混合料的低溫抗裂性，試驗結果見表9。

表9 小梁彎曲試驗檢測結果

分析試驗結果，各試件最大彎拉應變均高于規范要求的2 500 με，《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的相關要求。由于在高溫條件下橡膠粉顆粒和瀝青發生了溶脹反應，形成穩定的空間網狀結構，將集料緊密包裹并牢固的黏結在一起，有效提高了SMA-10超薄磨耗層混合料的抗拉強度，進而提高了路面材料的低溫抗裂性。

4 結語

（1）馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂試驗強度比均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中不小于80%的要求，說明混合料水穩定性良好。（2）構造深度檢測結果平均值為1.241 mm，抗滑值檢測結果平均值為81.8，摩擦系數為0.821，均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的相關要求，說明磨耗層混合料抗滑性能良好。（3）車轍動穩定度試驗檢測結果為4 396次/mm，滲水系數69 mL/min，均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的相關要求，說明混合料高溫抗車轍性能和抗滲性能良好。（4）各小梁試件最大彎拉應變均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中要求的2 500 με，說明混合料低溫抗裂性能良好。（5）橡膠改性瀝青SMA-5超薄磨耗層混合料的抗滲性能大幅優于橡膠改性瀝青SMA-10超薄磨耗層混合料。綜上，橡膠改性瀝青SMA-10超薄磨耗層混合料的各項路用性能均滿足規范要求，具有良好的實用性。