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(tuán)有限公司運(yùn)城南高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044000）

引言

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青路面超薄磨耗層的研究技術(shù)還不夠成熟，在實(shí)踐應(yīng)用中存在超薄磨耗層與原路面黏結(jié)不良，水穩(wěn)定性差，耐久性差等問(wèn)題[1]。超薄磨耗層施作后，在車輛荷載的重復(fù)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(jié)構(gòu)破壞。超薄磨耗層使用一段時(shí)間后，路用性能會(huì)有很大幅度的下降，這些都影響超薄磨耗層的推廣應(yīng)用[2-3]。對(duì)橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并開展試驗(yàn)檢驗(yàn)超薄磨耗層的路用性能，整理數(shù)據(jù)作為主要分析依據(jù)。

1 原材料選用

1.1 集料

粗集料選用質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、形狀規(guī)則、多棱角的玄武巖，細(xì)集料選用玄武巖機(jī)制砂，主要技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 集料主要技術(shù)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.2 瀝青

基質(zhì)瀝青選用70#石油瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

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(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 橡膠粉技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.4 礦粉級(jí)纖維穩(wěn)定劑

礦粉選用干燥、潔凈的石灰石礦粉，纖維穩(wěn)定劑選用木質(zhì)素纖維。

2 級(jí)配和配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料級(jí)配

選用SMA-10瀝青混合料作為研究對(duì)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(jí)配見表4。

表4 SMA-10瀝青混合料礦料級(jí)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(jié)合試驗(yàn)結(jié)果確定孔隙率3.4%所對(duì)應(yīng)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(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果分析

水穩(wěn)定性不足會(huì)加速瀝青路面破壞，對(duì)SMA-10瀝青混合料開展試驗(yàn)，檢測(cè)馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比，對(duì)超薄磨耗層混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)定。馬歇爾殘留穩(wěn)定度檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分析表5中SMA-10超薄磨耗層混合料馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，各檢測(cè)值均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中SMA改性瀝青混合料不小于80%的要求，說(shuō)明混合料水穩(wěn)定性良好。

分別制作兩組馬歇爾試件，每組4個(gè)，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(yàn)，凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分析兩類馬歇爾試件凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)值均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中不低于80%的要求，說(shuō)明SMA-10超薄磨耗層混合料水穩(wěn)定性良好。

3.2 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)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(duì)鋪筑后瀝青路面的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。構(gòu)造深度采用手工鋪沙法進(jìn)行檢測(cè)[4]，檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 構(gòu)造深度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分析試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，SMA-10超薄磨耗層混合料的構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)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(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中對(duì)年降雨量超過(guò)1 000 mm的要求，說(shuō)明混合料抗滑性能良好。

摩擦系數(shù)采用BM-III型擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 抗滑值試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分析數(shù)據(jù)，各試件抗滑值檢測(cè)結(jié)果平均值為81.8，摩擦系數(shù)為0.821，摩擦系數(shù)較高，說(shuō)明磨耗層混合料抗滑性能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 高溫穩(wěn)定性與抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證SMA超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性，制作試件開展車轍試驗(yàn)，車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果為4 396次/mm，滿足設(shè)計(jì)要求的不小于3 000次/mm的要求。另外，車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度檢測(cè)結(jié)果越大，混合料脆性越高，當(dāng)動(dòng)穩(wěn)定度超過(guò)6 000次/mm時(shí)，脆性更高。因此，本項(xiàng)目所選SMA混合料高溫穩(wěn)定性均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的相關(guān)要求，且脆性較低。

SMA混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙有纖維穩(wěn)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?jié)B性能。為了確定SMA超薄磨耗層的抗?jié)B性能，制備試件開展?jié)B水試驗(yàn)，得到SMA-10超薄磨耗層混合料的滲水系數(shù)69 mL/min，滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中不超過(guò)80 mL/min的相關(guān)要求，說(shuō)明混合料抗?jié)B性能良好。

3.4 低溫抗裂性試驗(yàn)結(jié)果分析

低溫季節(jié)瀝青路面混合料體積收縮產(chǎn)生溫度應(yīng)力，如路面材料抗拉強(qiáng)度不足，很容易產(chǎn)生開裂。雨季水分自裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)后，會(huì)加速路面結(jié)構(gòu)破壞。采用彎曲蠕變?cè)囼?yàn)對(duì)橡膠改性瀝青SMA混合料進(jìn)行測(cè)定，分析試驗(yàn)結(jié)果確定混合料的低溫抗裂性，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 小梁彎曲試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

分析試驗(yàn)結(jié)果，各試件最大彎拉應(yīng)變均高于規(guī)范要求的2 500 με，《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的相關(guān)要求。由于在高溫條件下橡膠粉顆粒和瀝青發(fā)生了溶脹反應(yīng)，形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將集料緊密包裹并牢固的黏結(jié)在一起，有效提高了SMA-10超薄磨耗層混合料的抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而提高了路面材料的低溫抗裂性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中不小于80%的要求，說(shuō)明混合料水穩(wěn)定性良好。（2）構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果平均值為1.241 mm，抗滑值檢測(cè)結(jié)果平均值為81.8，摩擦系數(shù)為0.821，均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的相關(guān)要求，說(shuō)明磨耗層混合料抗滑性能良好。（3）車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果為4 396次/mm，滲水系數(shù)69 mL/min，均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的相關(guān)要求，說(shuō)明混合料高溫抗車轍性能和抗?jié)B性能良好。（4）各小梁試件最大彎拉應(yīng)變均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中要求的2 500 με，說(shuō)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?jié)B性能大幅優(yōu)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(xiàng)路用性能均滿足規(guī)范要求，具有良好的實(shí)用性。