市政重載交通瀝青路面上面層的選擇研究

摘要 以鄭州四環線快速化工程為例，為科學選擇重載交通下瀝青道路表面層最佳材料，通過對五種瀝青混合料分別進行高溫穩定性檢驗、低溫彎曲檢驗、水穩定性檢驗、抗滲性及表面抗滑性檢驗等路用性能試驗，試驗結果表明：基質瀝青為SBS橡膠瀝青的瀝青混合料，其路用性能普遍比一般基質瀝青要高很多;摻加PR改性劑的SBS復合改性瀝青混合料，可提高SBS復合改性瀝青混合料的路用性能;摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）具有很好的路用性能，推薦作為瀝青路面結構的上面層。

關鍵詞 科學選擇;重載交通;瀝青路面;路用性能試驗

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0144-03

引言

在新時代發展下，社會對環境和資源提出更高的要求。橡膠瀝青利用廢舊輪胎膠粉作為原材料，“變廢為寶”，不僅減少了廢舊輪胎對環境的影響，而且使資源循環利用，節約建設、養護成本。橡膠瀝青材料同時也可改善瀝青路面的使用性能。目前城市道路重載交通下瀝青路面的上面層常用的有：細粒式改性瀝青混凝土AC系列、改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA系列。橡膠瀝青在城市道路中大規模應用，還是比較少見，基本上都是以試驗段為主。為積極響應資源循環利用，在市政道路上大規模推廣橡膠瀝青，就對橡膠瀝青混合料與常用的細粒式改性瀝青混凝土AC系列、改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA系列進行路用性能對比，其研究成果可為其他類似項目提供經驗借鑒。

1 工程概況

鄭州市四環線及大河路快速化工程全長約93 km，是目前我國一次性建成規模最大的單體市政項目，由大河路、東四環、南四環及西四環組成閉合環線。全線瀝青鋪裝總面積達924.4萬m2，規模之大，前所未有。該工程地面道路為過境路，通大車、重車，交通量為重載交通，且考慮鄭州地區夏季炎熱、冬季寒冷，結合道路全壽命周期理念，為建設高質量品質道路，引領區域路面材料改革創新，對路面材料提出更高的要求。對此，重載交通下，城市道路瀝青面層材料的研究，非常迫切，且非常有實用意義。

2 生產配合比

一般瀝青混合料的基質瀝青選用70#A級瀝青;SBS改性劑與70#A級基質瀝青按比例制作成SBS改性瀝青（SBS含量3.5%）;橡膠粉與SBS改性瀝青按比例制作成SBS橡膠復合改性瀝青（橡膠粉含量20%）。

選取五種瀝青混合料上面層，根據《橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南》[1]《公路瀝青路面施工技術規范》[2]的技術要求，分別進行配合比設計，采用馬歇爾試驗方法，對五種瀝青混合料分別進行高溫穩定性檢驗、低溫彎曲檢驗、水穩定性檢驗、抗滲性及表面抗滑性檢驗等路用性能試驗。

五種瀝青混合料上面層分別選為：①SBS改性ARHM13（W）;②SBS改性SMA-13;③SBS改性瀝青AC-13;④摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）;⑤摻加木質素纖維的SBS復合改性ARHM13（W）。瀝青混合料①、②、③主要是對比橡膠瀝青和常見普通的瀝青上面層性能;瀝青混合料④、⑤主要是對比與未添加改性劑橡膠瀝青性能。

為方便瀝青混合料試驗分類測試，對五種瀝青混合料進行統一編號，見表1，瀝青混合料生產配合比見表2。

3 瀝青混合料試驗性能

3.1 高溫穩定性檢驗

動穩定度是衡量瀝青混合料高溫穩定性的重要指標。動穩定度越大，瀝青混合料的高溫抗車轍能力越強，高溫穩定性就越好。按照《公路瀝青路面施工技術規范》[2]的規定要求，動穩定度指標是由車轍試驗獲得。在最佳油石比成型瀝青混合料試件上，對五種瀝青混合料進行車轍試驗，檢驗其高溫穩定性。

從圖1可以看出，五種瀝青混合料動穩定度都滿足規范技術要求（≥3 000），五種瀝青混合料動穩定度排序為：D>B>E>A>C，即摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的高溫穩定性最好;SBS改性ARHM13（W）、SBS改性SMA-13、摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）差不多都在6 000次·mm-1左右，說明摻加木質素纖維對SBS復合改性ARHM13（W）的高溫穩定性提升有限，但都比一般的SBS改性瀝青AC-13要高得多，側面也說明橡膠瀝青的高溫穩定性優于一般的SBS改性瀝青。這主要是由于廢膠粉摻入到基質瀝青后，發生了復雜的物理溶脹、化學改性反應，特別是摻加改性劑的橡膠復合改性瀝青與外界的熱量交換最少，受外界溫度變化不敏感[3]。因此摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的高溫穩定性最好。

3.2 低溫彎曲檢驗

瀝青混合料的低溫性能主要由低溫彎曲試驗來檢驗，破壞彎曲應變值越大，說明低溫性能越好，抵抗低溫變形及松弛能力就越強。五種瀝青混合料根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4]中的低溫彎曲試驗規定，制成標準彎曲梁試件（250 mm×30 mm×35 mm），在?10 ℃條件下，測定其五種瀝青混合料的破壞應變。試驗結果見圖2。

五種瀝青混合料彎曲應變值都滿足規范技術要求（≥2 500），五種瀝青混合料彎曲應變值排序為：D>A>B>C>E，即摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）瀝青混合料的低溫抗裂性最好;SBS改性ARHM13（W）低溫性能略高于SBS改性SMA-13瀝青混合料，且兩者都比一般的SBS改性瀝青AC-13要高，這是由于橡膠粉和SBS改性瀝青溶劑具有良好的界面相容性，橡膠粉獨特的化學交聯網絡結構和SBS物理交聯網絡結構的互相協同和補充，極大地改善了一般改性瀝青的低溫性能[5]。摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）降低了瀝青混合料的低溫性能，說明在寒冬地區，摻加木質素纖維不宜適用。

3.3 水穩定性檢驗

目前很多道路都是因為水毀，造成路面壽命大大縮減，且目前城市為了治理揚塵，常常用灑水車對路面進行灑水，也不同程度地加快了瀝青面層的水毀速度。所以水穩定性對瀝青路面的壽命至關重要。瀝青混合料水穩定性的檢驗主要是采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗。對五種瀝青混合料分別進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗結果見圖3、圖4。

從試驗結果中可以看出，五種瀝青混合料的水穩定性都比較好，殘留穩定度（規范要求≥85）和凍融劈裂強度比（規范要求≥80）都滿足規范要求，其中，殘留穩定度：E>D>A>B>C，摻加木質素纖維SBS復合改性ARHM13（W）最高，且能看出基質瀝青為SBS橡膠瀝青的，都比較高，殘留穩定度都在90%以上;凍融劈裂強度比：D>A>E>B>C，從數據可以看出，摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）的凍融劈裂強度比最大，且比純粹的SBS改性ARHM13（W）提升很大，PR的摻加，大大增強了瀝青混合料的水穩定性，增強了其抗水毀能力。

3.4 其他試驗

（1）對車轍試件進行室內滲水試驗：從圖5可看出：五種瀝青混合料的滲水系數都滿足規范要求，可以看出橡膠瀝青作為基質瀝青，滲水系數要比普通的基質瀝青要低。滲水系數D

（2）根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4]，對五種瀝青混合料進行瀝青表面構造深度試驗。從圖6可看出：五種瀝青混合料的表面構造深度都滿足規范要求，構造深度D>E>A>B>C。摻加PR或木質素纖維改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）與普通瀝青混合料相比，外摻加劑增強了瀝青混合料的抗滑性能。而且可以看出基質瀝青為SBS橡膠瀝青的，構造深度比一般的瀝青構造深度要高，側面說明橡膠瀝青作為基質瀝青的瀝青混合料，具有很好的抗滑性能。

4 結論

（1）基質瀝青為SBS橡膠瀝青的瀝青混合料，其高溫穩定性能、低溫穩定性能、水穩定性能普遍比一般基質瀝青要高很多;

（2）摻加PR改性劑的SBS復合改性瀝青混合料，可提高SBS復合改性瀝青混合料的高溫穩定性能、低溫穩定性能、水穩定性能;

（3）摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）具有很好的高溫穩定性能、低溫穩定性能、水穩定性能，考慮到鄭州地區，冬冷夏熱，且四環線屬于重交通量荷載道路，推薦采用摻加PR改性劑的SBS復合改性ARHM13（W）作為瀝青路面結構的上面層，提升道路品質，延長道路壽命。

參考文獻

[1]交通部公路科學研究院. 橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2009： 48-52.

[2]公路瀝青路面施工技術規范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社， 2004.

[3]孫建剛. 廢膠粉改性瀝青的性能及機理研究[D]. 武漢：武漢科技大學， 2014.

[4]公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程： JTG E20—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2011.

[5]卜瑞娜. 橡膠改性瀝青性能與應用研究[D]. 重慶：重慶交通大學， 2020.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：王偉國（1987—），男，碩士，工程師，研究方向：道路工程。