公路工程高性能應力吸收層影響因素研究

摘要：為抑制剛性基層瀝青路面的反射裂縫問題，常采用應力吸收層進行處治。以應力吸收層影響因素為研究對象，采用直剪試驗和單軸貫入試驗，通過改變橡膠瀝青灑布量、改性劑摻量、抗車轍劑摻量展開研究，并提出高性能應力吸收層的施工工藝要點。

關鍵詞：應力吸收層;改性劑;抗車轍劑;影響因素

0" "引言

剛性基層瀝青路面具有平整、行車舒適、承載能力強等優點，已成為高等級公路最常見的路面類型。但剛性基層瀝青路面易產生反射裂縫，在交通荷載和溫度荷載的反復作用下，基層產生的裂縫易擴展到面層，導致產生坑槽、脫空、沉陷等病害。

在面層與基層層間布設應力吸收層，則可以有效抑制反射裂縫的擴展[1]。本文從應力吸收層影響因素出發，在室內采用MTS萬能試驗機，對瀝青混凝土+應力吸收層+水泥混凝土組合試件進行直剪試驗和單軸貫入試驗，以確定最佳橡膠瀝青灑布量、改性劑摻量和抗車轍劑摻量，并且提出了高性能應力吸收層的施工工藝要點。

1" "工程概況

某高速公路全線長49km，設計車道為雙向四車道，起點樁號為K520+000，終點樁號為K569+000，路基寬36m，路基平均填高4m。路面設計總厚度為78cm，各結構層位的組成見表1所示。

2" "室內試驗

2.1" "原材料性能指標檢測

本文試驗測試參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行，技術指標按照《公路瀝青路面施工技術規范》。試驗用瀝青選擇東海牌橡膠瀝青，其技術指標測試結果如表2所示。

為了提高高性能應力吸收層PAC-01粘結性能，本文選用GX樹脂改性劑，并對GX樹脂改性劑各項性能指標進行檢測，檢測結果如表3所示。

為進一步提升高性能應力吸收層PAC-01粘結料的抗車轍能力，只依托摻加改性劑的效果并不明顯，故本文選用HD抗車轍劑，并對HD抗車轍劑各項性能指標進行檢測，檢測結果如表4所示。

2.2" "試驗設計

為探究高性能應力吸收層影響因素，本文研究擬定的研究因素有改性劑、抗車轍劑的摻量和橡膠瀝青灑布量。在現場路面展開研究，不易控制試驗因素與變量水平，試驗效率較低，自然環境易造成較大誤差。而室內路面模擬試驗便捷，研究因素與變量水平可定量控制[2]。因此決定在室內開展高性能應力吸收層影響因素研究。

本文主要對瀝青灑布量、改性劑摻量及抗車轍劑摻量三大主要因素，對高性能應力吸收層的影響展開研究。由于試驗量較大，本文按L9（33）設計正交試驗，設計因素及水平見表5。

高性能應力吸收層一般鋪設在剛性基層和瀝青面層層間，故在實驗室內采用水泥混凝土板模擬剛性基層。首先采用30cm×30cm×6cm的試件模具澆筑水泥混凝土板，并在標準養護條件下養護28天，達到規定強度后用毛刷表面灰塵，再將水泥混凝土板放在30cm×30cm×12cm的試件模具中，撒布橡膠瀝青。隨后鋪設不同摻加量的改性劑和抗車轍劑制備的高性能應力吸收層，使用平鏟將應力吸收層攤鋪壓平[3]。

鋪設好應力吸收層后，將AC-20瀝青混合料倒入試件模具中，采用輪碾法將上層瀝青混合料成型，試件總高度為12cm。瀝青選用80#基質瀝青，將玄武巖作為粗集料，石灰巖機制砂作為細集料，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，瀝青混合料最佳油石比為5.2%。

采用直剪試驗測試試件的抗剪強度。采用MTS萬能試驗機作為加載機，將制備好的試件放置于剪切模具中間，使剪切面與模具對齊，加載速率60mm/min。采用MTS萬能試驗機作為單軸貫入試驗加載機具，試驗溫度25℃，壓頭直徑25mm，加載速率3mm/min。

2.3" "試驗結果

直剪試驗與單軸貫入試驗結果如表6所示。采用和值分析法研究各因素水平對試驗結果的影響，如圖1、圖2所示。由圖1和圖2分析，可得到以下成果。

改性劑摻加量從1%增加到3%時，高性能應力吸收層抗剪強度值與極限破壞荷載值為增加趨勢。改性劑摻加量從3%增加到6%時，高性能應力吸收層抗剪強度值與極限破壞荷載值為降低趨勢。改性劑摻加量為3%時，抗剪強度值與極限破壞荷載值兩者取最大值。這是因為摻入改性劑，可以增強應力吸收層抗剪強度與抗壓強度的作用，而改性劑摻加量從3%增加到6%時，會降低瀝青與集料的粘結效果，導致路用性能降低[4]。改性劑摻量為6%，不僅會導致工程成本增加，還會導致高性能應力吸收層強度降低。

橡膠瀝青灑布量從1.5kg/m2增加到2.5kg/m2，高性能應力吸收層抗剪強度值與極限破壞荷載值為先增大后減小趨勢。當橡膠瀝青灑布量為2kg/m2時，抗剪強度值與極限破壞荷載值兩者取最大值。這是因為橡膠瀝青灑布量過多時，應力吸收層與剛性基層形成夾層。而當橡膠瀝青灑布量過少時，應力吸收層與剛性基層或瀝青面層粘結不足。這兩種情況均會導致應力吸收層強度下降，因此合理確定高性能應力吸收層橡膠瀝青用量，還需綜合考慮面層表面特征[5]。

抗車轍劑摻加量從4%增加到8%，高性能應力吸收層抗剪強度值與極限破壞荷載值呈現上升趨勢。當抗車轍劑摻加量為8%時，應力吸收層性能最佳。這是因為抗車轍劑能提升了粘結料的高溫穩定性能。利用SPSS軟件，對試驗結果進行方差分析，結果如表7。

3" "應力吸收層應用效果分析

3.1" "施工工藝

在項目工程路段K520+000～K569+000進行高性能應力吸收層攤鋪施工，攤鋪施工機具為移動式灌封加熱機，在剛性基層完成施工。將基層清掃干凈，保證工作面無灰塵和雜質。按照室內試驗得到數據，選用抗車轍劑為8%、改性劑為3%制備高性能應力吸收層PAC-01粘結料，選用橡膠瀝青灑布量為2kg/m2進行施工。

施工中應注意：移動式灌封加熱機加熱溫度控制在190～230℃，運行速度控制在2km/h，機具內供料產量大于500kg/h;攤鋪施工過程中需要嚴格控制應力吸收層厚度，在150～200mm范圍內，厚度誤差控制在±3mm;高性能應力吸收層PAC-01粘結料攪拌溫度，應根據施工現場天氣溫度和施工速度適當調整，應控制在190～230℃范圍內，攪拌時間不低于10min，不宜超過50min[6]。

3.2" "路用性能檢測

對項目路段施工完成后，主要檢查項目與檢測方法如表8所示。各檢測項目均按照《公路技術狀況評定標準》（JTGH20—2007）的要求，以1km為評價單元，分上行和下行分別對路況進行調查。對實施高性能應力吸收層路段2年間各項路面性能進行跟蹤檢測，檢測結果如表9所示

從表9可知，在高性能應力吸收層實施后，路面的各項性能指標均有一定改善，通車兩年后各指標任高于未攤鋪應力吸收層的路面，證明高性能應力吸收層在實際工程中能得到很好地應用。

4" "結語

為研究應力吸收層影響因素，本文采用抗車轍劑摻量為4%、6%、8%，改性劑摻量為1%、3%、6%，橡膠瀝青灑布量為1.5kg/m2、2kg/m2、2.5kg/m2，在室內設計正交試驗，并通過直剪試驗和單軸貫入試驗檢測應力吸收層抗剪強度值與極限破壞荷載值，以確定最佳橡膠瀝青灑布量、改性劑摻量和抗車轍劑摻量，為高性能應力吸收層的工程應用提供參考。

參考文獻

[1] 趙天宇.復合式路面加鋪應力吸收層的動力響應和試驗研究[D].重慶：重慶交通大學， 2018.

[2] 譚利娟.應用于應力吸收層的纖維表面改性及性能優化研究[D].重慶：重慶交通大學， 2019.

[3] 蘇禹.設應力吸收層的“白改黑”路面應力模擬分析[D].哈爾濱：東北林業大學， 2019.

[4] 張思博.橡膠瀝青應力吸收層瀝青路面抗裂性能研究[D].沈陽：沈陽建筑大學， 2015.

[5] 宋麗霞，伍曉華，宋利軍.基于應力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層材料研究[J].公路工程，2017（3）：286-291.

[6] 陳海明，吳春根.公路工程中路面應力吸收層的施工技術[J].交通世界，2018（35）：67-68.