橡膠顆粒瀝青混合料在冰雪地區(qū)道路的應(yīng)用

趙雅琴

（天津海濱大道建設(shè)發(fā)展有限公司，天津市　300122）

橡膠顆粒瀝青混合料在冰雪地區(qū)道路的應(yīng)用

趙雅琴

（天津海濱大道建設(shè)發(fā)展有限公司，天津市300122）

冰雪地區(qū)的道路安全問題一直困擾道路交通部門，對(duì)路面抑制冰雪技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。橡膠瀝青混合料是將橡膠瀝青顆粒直接以骨料的形式摻入混合料代替部分集料形成新型的瀝青混合料。橡膠顆粒的摻入能夠幫助路面有效抑制積雪結(jié)冰，為冰雪地區(qū)的道路行車安全提供了解決方案。就橡膠瀝青混合料路面和普通瀝青路面的使用性能進(jìn)行了觀測(cè)和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的摻入能夠提高瀝青混合料路面的除冰性能、抗滑性能和抗變形能力，既有利于行車安全又能增強(qiáng)路面的耐久性。

橡膠顆粒瀝青混合料；冰雪地區(qū)；試驗(yàn)路；性能

0　引言

我國(guó)北方地區(qū)的道路在冬季經(jīng)常因冰雪天氣的影響而造成路面積雪結(jié)冰。路面積雪在行車荷載和外界溫度影響下很容易結(jié)冰，大大降低路面的附著系數(shù)，車輛在結(jié)冰路面上行駛?cè)菀状蚧?，而且冰雪路面在光的照射下容易反光，影響駕駛員視線，所以冰雪路面嚴(yán)重降低了行車安全性。從我國(guó)的交通事故統(tǒng)計(jì)資料中也不難發(fā)現(xiàn)，冬季因道路積雪結(jié)冰而引發(fā)的交通事故比例能夠達(dá)到35%以上。在通車的道路上組織除冰雪，需要封閉部分交通，不僅影響道路通行，還需要投入一定的人力物力，所以選擇一種材料直接摻入混合料中用于路面鋪裝幫助路面有效抑制積雪結(jié)冰，是一種值得研究的方法。廢橡膠在道路鋪裝中的利用不僅能夠減少環(huán)境污染，還能有效增強(qiáng)道路的性能［1］。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)橡膠顆粒的研究，嘗試在試驗(yàn)路段添加橡膠顆粒，并在相同施工條件下和普通瀝青路面進(jìn)行對(duì)比。通過定期觀測(cè)和檢測(cè)表明，添加該種材料后，瀝青混合料路面可以在一定程度上滿足冰雪地區(qū)道路對(duì)安全等方面的要求。

1　試驗(yàn)路概況

試驗(yàn)路于2012年鋪筑完成，為一條二級(jí)公路單幅路面中的一段，路長(zhǎng)300 m，該試驗(yàn)路段為雙向2車道，路基和路面全寬分別為12.5 m、7.5 m，路面結(jié)構(gòu)的組合情況如表1所示。

2　橡膠顆粒瀝青混合料的材料組成

2.1集料級(jí)配組成

根據(jù)查閱的研究資料和工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)粒式混合料中主要起嵌擠作用的是粒徑大于4.75 mm的粒料，所以本試驗(yàn)作為骨架的三擋集料分別是13.2 mm、9.5 mm、4.75 mm，粗集料的級(jí)配采用均勻設(shè)計(jì)法確定，馬歇爾擊實(shí)法用以測(cè)定空隙率。細(xì)集料的級(jí)配按照粗集料的級(jí)配組成逐級(jí)填充，最終以細(xì)集料即將破壞骨架為限得到每檔集料的數(shù)量［2］。橡膠顆粒的確定根據(jù)粗細(xì)集料的分析計(jì)算得出。設(shè)計(jì)級(jí)配如表2所示。

2.2最佳瀝青用量

將混合料成型馬歇爾試件按照馬歇爾擊實(shí)試件的方法測(cè)定密度、空隙率和穩(wěn)定度，最終按照測(cè)定的指標(biāo)綜合確定本試驗(yàn)的最佳瀝青用量為6.2%。

3　試驗(yàn)路的鋪筑與檢測(cè)

試驗(yàn)路面層所用橡膠顆粒瀝青混合料要求有良好的拌合質(zhì)量，路面壓實(shí)后的壓實(shí)度也應(yīng)符合規(guī)范的要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究，確定混合料的拌和、壓實(shí)工藝如表3所示。

表2　集料的級(jí)配組成

表3　試驗(yàn)路的鋪筑工藝

試驗(yàn)路鋪筑完畢后，通過取芯抽檢的方法對(duì)面層進(jìn)行了厚度和壓實(shí)度的檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4　試驗(yàn)路的厚度和壓實(shí)度檢測(cè)情況

檢測(cè)結(jié)果表明，面層的厚度和壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求。

4　路用性能觀測(cè)

在2013年和2014年對(duì)試驗(yàn)路的使用性能做了一系列觀測(cè)，對(duì)摻加橡膠顆粒的路面和未摻加橡膠顆粒的普通路面進(jìn)行了對(duì)比分析。

4.1除冰性能

根據(jù)道路空間跨度大、監(jiān)測(cè)工作量大等特點(diǎn)，將路面露出率作為評(píng)價(jià)除冰雪性能的指標(biāo)，即在車輛行駛的路面范圍內(nèi)，冰雪破除后露出的路面面積與檢測(cè)路段路面面積之比。若交通量和其他的溫度條件、冰雪厚度條件相同，路面露出率越高說明性能越好［3］。由于露出率受冰雪覆蓋情況、行車荷載的大小以及觀測(cè)時(shí)間等多方面因素的影響，所以觀測(cè)時(shí)間定為冰雪覆蓋厚度較小、溫度相對(duì)適中的時(shí)候進(jìn)行。

在本試驗(yàn)中，為了保證結(jié)果的可靠性，分別于2013年、2014年的兩個(gè)冬季對(duì)不同積冰厚度、不同溫度條件的試驗(yàn)路段進(jìn)行除冰檢測(cè)，同時(shí)也和普通路面進(jìn)行同期監(jiān)測(cè)，進(jìn)行對(duì)比分析。行車道寬度定為檢測(cè)寬度，檢測(cè)長(zhǎng)度定為5 m。觀測(cè)在一天內(nèi)的兩個(gè)不同時(shí)段進(jìn)行，間隔時(shí)間為7 h，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5　不同時(shí)間的路面露出率觀測(cè)數(shù)據(jù)

由表5可以看出，連續(xù)兩年在相同溫度和交通量的條件下，與普通瀝青路面相比橡膠顆粒瀝青路面的露出率普遍較大，而且在同一天內(nèi)兩個(gè)不同時(shí)段的檢測(cè)結(jié)果相比，橡膠顆粒路面露出率的增長(zhǎng)速度明顯大于普通瀝青路面。以2013年12月的數(shù)據(jù)為例，普通瀝青路面第一次和第二次觀測(cè)的露出率分別為17%、40%，增長(zhǎng)率為23%，橡膠顆粒瀝青路面第一次和第二次觀測(cè)的露出率分別為22%、53%，增長(zhǎng)率為31%，其他幾組數(shù)據(jù)也顯示了這一規(guī)律。在觀測(cè)過程中還發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于普通瀝青路面來說，橡膠顆粒瀝青路面與冰層的黏結(jié)力較弱，路面上的冰層容易清除。

4.2抗滑性能

抗滑性是用來表征路面表面特性的重要指標(biāo)。路面的抗滑性能通常用構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)來評(píng)價(jià)，在其他條件相同的情況下構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)越大說明抗滑性能越好［4］。本試驗(yàn)中分別采用鋪砂法測(cè)定構(gòu)造深度、擺式摩擦儀測(cè)擺值方法測(cè)定摩擦系數(shù)，對(duì)試驗(yàn)路進(jìn)行了定期觀測(cè)，結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1、圖2可以看出：（1）橡膠瀝青顆粒瀝青路面和普通瀝青路面的抗滑性能隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)成衰減趨勢(shì)，但是所觀測(cè)的橡膠瀝青顆粒路面的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均能滿足規(guī)范要求值以上；（2）相同觀測(cè)時(shí)間下，橡膠顆粒瀝青路面的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均明顯大于普通瀝青路面；（3）從構(gòu)造深度的試驗(yàn)結(jié)果來看，橡膠顆粒瀝青路面均能大于規(guī)范對(duì)構(gòu)造深度不小于0.55 mm的要求范圍，橡膠瀝青顆粒兩年的衰減率為24.7%，低于普通瀝青路面的37.5%；（4）從摩擦系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果來看，橡膠顆粒瀝青路面的衰減率為20.3%，仍然低于普通瀝青路面的36.4%。說明橡膠顆粒瀝青路面在抗滑性能方面優(yōu)于普通瀝青路面。

圖1　不同觀測(cè)時(shí)間的構(gòu)造深度

圖2　不同觀測(cè)時(shí)間的摩擦系數(shù)

4.3路面彎沉

為了研究橡膠顆粒的摻入對(duì)瀝青路面抗變形能力的影響，通過貝克曼梁法對(duì)試驗(yàn)路的彎沉值進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3　不同時(shí)間的彎沉值

通過檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：相對(duì)于普通瀝青路面來講，橡膠顆粒瀝青路面的彎沉值要大，這是因?yàn)橄鹉z顆粒具有較好的柔韌性和彈性變形能力，能夠增強(qiáng)路面恢復(fù)變形的能力，從而使得彎沉值增大［5］；另外，兩種瀝青路面的彎沉值都是呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)，這基本與半剛性基層瀝青路面的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律相一致，竣工初期材料的強(qiáng)度會(huì)有所增長(zhǎng)，而且在交通荷載的作用下材料更加密實(shí)，使得路面的整體強(qiáng)度增加，彎沉值減??；此后，隨著使用年限的增長(zhǎng)、交通荷載的增加以及外界環(huán)境等多種因素的影響，路面內(nèi)部破損逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致路面強(qiáng)度下降，彎沉值隨之增大［6］。但是兩種瀝青路面的彎沉值的增長(zhǎng)規(guī)律不同，橡膠顆粒瀝青路面初期增長(zhǎng)速率較大，隨著使用年限的增加，增長(zhǎng)速率逐漸減弱。2013年7月至2014年7月，三次不同的觀測(cè)時(shí)間彎沉值增長(zhǎng)率由12.5%減少為5.6%，而普通瀝青路面的增長(zhǎng)率則隨著使用年限的增加不斷增大，由23.1%增長(zhǎng)為25%，這說明橡膠顆粒的加入能夠增強(qiáng)瀝青路面的抗變形能力和耐久性。

4.4路面平整度

平整度一般用來評(píng)價(jià)路面的施工質(zhì)量和服務(wù)水平，本文對(duì)路面平整度的測(cè)定采用直尺法，每100 m連續(xù)抽檢10尺，將每一尺的最大值記錄下來作為測(cè)定值。測(cè)定的結(jié)果如圖4所示。

圖4　不同觀測(cè)時(shí)間的平整度

從圖4中可以看出，兩種路面的平整度隨著使用年限的增加均呈現(xiàn)先衰減后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，而且與普通瀝青路面相比，橡膠顆粒瀝青路面的變化更加強(qiáng)烈。同一監(jiān)測(cè)時(shí)間橡膠顆粒瀝青路面的平整度比普通瀝青路面要差，這是由橡膠瀝青顆粒引起的，但是因?yàn)樗^好的彈性變形能力，會(huì)降低對(duì)車輛的附加振動(dòng)作用，減弱行車顛簸，因此對(duì)行車安全和減少路面的破壞都有良好效果［7］。而且，突出的橡膠顆粒還能增大車輛輪胎與路面之間的摩擦力，有利于行車安全，對(duì)于冰雪地區(qū)濕滑路面來說，行車安全性的提高比普通地區(qū)更加重要。

5　結(jié)　語(yǔ)

通過對(duì)冰雪地區(qū)摻加橡膠顆粒的瀝青路面和普通瀝青路面使用性能的比較，得出以下結(jié)論：

（1）橡膠顆粒瀝青路面的除冰性能優(yōu)于普通瀝青路面；

（2）瀝青混合料中加入適量的橡膠顆粒在一定程度上能夠提高路面的抗滑性能，從而有效保證冰雪地區(qū)車輛行駛的安全性；

（3）與普通瀝青路面相比，橡膠瀝青路面具有更好的抵抗變形的能力，對(duì)提高路面的耐久性更有優(yōu)勢(shì)。

［1］曾玉珍，廖正環(huán).廢舊輪胎在道路工程中的應(yīng)用［J］.國(guó)外公路，2000，20（1）:39-41.

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U414，U416.1+68

A

1009-7716（2016）01-0185-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.053

2015-07-17

趙亞琴（1965-），女，天津人，高級(jí)工程師，從事道路橋梁建設(shè)工作。