復合橡膠改性瀝青路面長期性能調查研究

孫 杰 李自齊

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

甘肅省河西地區涉及的行政區域有酒泉市、嘉峪關市、張掖市、金昌市及武威市，面積約占全國的15%。河西地區屬于大陸性干旱氣候，日照強烈，晝夜溫差大，降雨稀少，冬季寒冷，夏季高溫。根據歷年路況跟蹤調查，裂縫是河西地區半剛性基層瀝青路面各類病害中最典型、最早出現的病害。裂縫是由荷載、溫度、水分、材料等多因素耦合作用下產生的。河西地區溫度的反復變化使得瀝青路面產生應力疲勞，加之日照強烈使瀝青容易老化等因素，使得瀝青路面的應力松弛性能降低，最終導致瀝青路面產生裂縫。此外，半剛性基層的干縮開裂也是引起這種反射裂縫的主要原因。復合橡膠改性瀝青具有高低溫性能優、抗老化性能優的特點；同時，該瀝青可實現廢舊輪胎的資源化再利用，可較好地滿足綠色公路建設的需要。

針對甘肅河西地區瀝青路面在高溫差條件下易產生疲勞和反射裂縫等問題，養護單位在養護維修工程中使用了ARHM-13W復合橡膠改性瀝青混凝土罩面[1-7]技術，效果良好。本文結合公路技術狀況評定方法對其應用效果進行調查分析。

1 復合橡膠改性瀝青應用特點

橡膠瀝青的應用有利于降低工程造價，提高路面性能，實現環境保護和資源的再生利用，但橡膠瀝青中膠粉摻量大，一般在20%~30%左右，膠粉在基質瀝青中無法充分分散溶解，致使橡膠瀝青存在黏度大、儲存穩定性差的缺點。在橡膠瀝青中摻加2.0%左右的SBS改性劑，可顯著提高路用瀝青的高低溫性能和力學性能，以改善路面使用效果，達到延長使用壽命的目的。

2 工程概況

2.1 道路現狀

甘肅河西地區該高速公路于2005年開工，2007年建成通車。運營前期交通量較少，路面病害還未突顯出來。但隨著我國經濟的高速增長，交通量逐漸增大，特別是過境車輛大量增加，重車、超載車輛比例大幅度增長，大面積誘發路面裂縫等病害，路面行駛質量大幅度降低。溫縮裂縫和基層反射裂縫是該地區主要路面裂縫形式。

由于河西地區溫差大，溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞，使得瀝青混合料的極限拉伸應變變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應力松弛性能降低，最終達到極限抗拉強度使路面產生裂縫。從溫度膨脹系數分析，瀝青面層大于半剛性基層，由于外露受氣溫和風速影響較大，因而在同一地段同一時間瀝青面層溫縮應力大于基層，這也是溫縮裂縫產生的主要原因。溫縮裂縫主要為橫向裂縫和少量縱向裂縫。

此外，路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復作用引起瀝青結構承受車輪荷載的反復彎曲作用，結構層底面產生拉應變（或拉應力）值超過疲勞強度時，底部便開裂，并逐漸向表面發展。這種開裂開始大都是形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網狀，開裂的寬度和范圍不斷擴大。

該高速公路原設計路面結構為瀝青混凝土路面，具體路面結構為：（5+7）cm瀝青路面+50/55cm水泥穩定砂礫基層。

2.2 養護工程維修方案

針對現有路面嚴重的裂縫病害，采用銑刨路面5cm，局部病害處治后鋪筑5cm SBS復合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W的方案，下設橡膠瀝青碎石封層。橡膠瀝青中膠粉添加計量控制在瀝青重量的20%~30%（外摻），瀝青混合料面層用橡膠瀝青摻加2.0%SBS改性劑。

斷級配復合橡膠改性瀝青混合料（ARHW-13W）均采用SMA級配構成原理設計。實驗室配合比設計采用馬歇爾擊實成型數據，適量添加礦粉作為填料，級配采用較多粗集料形成骨架嵌擠結構，通過橡膠瀝青、礦粉及部分細集料形成的瑪蹄脂填充粗集料空隙，從而形成更好的抗車轍能力，同時采用較高用量的橡膠瀝青，其抗疲勞性能、變形適應能力等也會有很大程度提高。

2.3 復合橡膠改性瀝青鋪筑

河西地區該高速路實施5cm SBS復合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W路段及時間統計見表1。

表1 ARHW-13W路段實施歷史統計

以上路段在實施養護之前路面主要以橫向裂縫病害為主，局部路段存在輪跡帶裂縫、行車道修補病害，路面平整度整體較差。2015年實施的SBS復合橡膠改性瀝青混凝土材料與2014年相同，僅進行了設備的改造和混合料級配的調整。

3 橡膠瀝青路面長期性能調查與評價

3.1 2014年實施ARHW-13W路段性能調查與評價

（1）路面現狀（見圖1）。該路段沿線主要以原路面反射裂縫（原路面裂縫處治效果較差）及小于1cm車轍病害為主，局部路段車轍、裂縫病害較為集中，多分布于陡坡、彎道路段。

圖1 2014年養護后路面現狀（調查于2021年）

（2）檢測數據分析。該段維修后歷年養護數據變化情況見圖2。

圖2 2014年養護路面歷年檢測數據統計

2014 年實施的5cm SBS 復合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W罩面路段，有效抑制了裂縫類病害的發展，對綜合路用性能提升明顯，2015~2018年路面破損率指標PCI整體較高，且保持相對穩定，其平均值為98.2，到2019年開始出現明顯衰減，衰減率為6%，之后趨于平穩，主要原因為局部路段出現反射裂縫。PQI指標整體較穩定，年平均衰減率為0.4%，2017年PQI指標出現明顯衰減，主要是由于局部上坡路段行車道車轍病害嚴重，管養單位對隆起進行了銑刨處治。

3.2 2015年實施ARHW-13W路段性能調查與評價

（1）路面現狀（見圖3）。

圖3 2015年養護后路面現狀（調查于2021年）

該路段主要以橫向裂縫病害為主（裂縫寬度平均≤2mm），部分路段存在小于1cm車轍病害，同時沿線局部行車道橫向貫通裂縫向唧漿病害發展，通過近年日常小修保養呈連片修補病害。

（2）檢測數據分析。

該段維修后歷年養護數據變化情況見圖4。

圖4 2015年養護路面歷年檢測數據統計

2015 年實施5cm SBS 復合橡膠改性瀝青混凝土ARHM-13W罩面工程有效抑制了裂縫類病害的發展，對綜合路用性能提升明顯，2016~2020年路面破損率指標PCI整體較高，且保持相對穩定，其平均值為97.2，到2019年開始出現明顯衰減，主要原因為局部路段出現反射裂縫。

4 結束語

通過對SBS復合橡膠改性瀝青混凝土路面長期性能調查與評價，得出如下結論：

（1）2014年實施的SBS復合橡膠改性瀝青混凝土罩面路段后期普遍出現了車轍病害，通過不斷積累經驗，設備改造，混合料級配調整，2015年鋪筑的SBS復合橡膠改性瀝青混凝土罩面整體使用效果良好，特別是對于裂縫的抑制作用明顯，截止2020年底，除部分路段存在少量橫向反射裂縫及輕度車轍外，再無其它明顯路面病害。

（2）2015年實施罩面路段PQI檢測指標（2020年檢測數據）為93.1，從檢測數據及衰減趨勢來看，預計使用年限可達6~8年，達到設計預期。