SBS橡膠復(fù)合改性瀝青技術(shù)在鄭少高速路面專項(xiàng)工程中的應(yīng)用

劉佩冬 尹建偉

（鄭州鄭少高速公路發(fā)展有限公司，河南 鄭州 450001）

河南省鄭州市至少林寺高速公路（以下簡稱“鄭少高速”）是連接鄭州至少林寺之間的一條旅游高速公路，也是通往豫西南的重要物資交流通道，更是河南和鄭州對外開放的“窗口”。項(xiàng)目全長53.664km，于2003年建成通車，雙向四車道。根據(jù)2019年上半年的統(tǒng)計(jì)，鄭少高速交通量巨大，且交通量增長十分迅速，對路面的使用性能要求也逐步提高。

近年來，橡膠復(fù)合改性瀝青技術(shù)作為“四新技術(shù)”之一，在我國不同區(qū)域推廣應(yīng)用，將廢舊輪胎經(jīng)過處理直接用于瀝青面層鋪筑不僅節(jié)約瀝青材料，還對保護(hù)環(huán)境降低污染具有重要意義。橡膠改性瀝青應(yīng)用主要偏向于設(shè)備、施工等方面，對級配研究較少，且橡膠瀝青路用性能的評價(jià)指標(biāo)在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，結(jié)合鄭少高速路面工程的實(shí)際情況，本文從級配入手開展傳統(tǒng)密級配AC-13C和間斷級配WRAC-13C的物理參數(shù)和瀝青混合料的路用性能研究分析，為后期鋪筑橡膠復(fù)合改性瀝青混合料試驗(yàn)段，制定施工方案，優(yōu)化施工工藝提供了技術(shù)支持。

一、原材料及級配設(shè)計(jì)

（一）原材料

試驗(yàn)所用的各種原材料分別為：登封碎石(10 mm～20 mm、10 mm～15 mm、5 mm～10 mm、3mm～5mm)，登封石屑（0mm～3mm），新鄉(xiāng)礦粉，山東生產(chǎn)的橡膠復(fù)合改性瀝青（膠粉摻量20%）。對各種原材料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測均滿足規(guī)范要求。

（二）級配設(shè)計(jì)

結(jié)合鄭少高速的交通量，試驗(yàn)選擇AC-13C和WRAC-13C，合成級配曲線如圖1所示，馬歇爾試驗(yàn)基本參數(shù)如表1所示。通過對試驗(yàn)參數(shù)分析可知，AC-13C的最佳油石比在4.9%左右，而WRAC-13C的最佳油石比為6.2%，二者相差1.3%，且WRAC-13C的毛體積相對密度、礦料間隙率和穩(wěn)定度均高于AC-13C，而空隙率小于AC-13C。級配組成顯示W(wǎng)RAC-13C的粗集料含量多，礦料間隙率偏大，需要更多的瀝青膠漿填充空隙，形成完整的結(jié)構(gòu)。

圖1 AC-13C和WRAC-13C的合成級配曲線

表1 不同級配最佳油石比下馬歇爾參數(shù)

二、高溫性能分析

研究采用60℃車轍試驗(yàn)進(jìn)行高溫性能驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同級配瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，不同級配的瀝青混合料高溫抗車轍性能差異較大，WRAC-13C的動(dòng)穩(wěn)定度值高于AC-13C，二者相差2630次/mm，說明WRAC-13C的高溫抗車轍能力優(yōu)良，且礦料級配形成的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)能夠良好地抵抗車輪荷載。對于AC-13C級配呈連續(xù)狀態(tài)，0.075mm以下的集料偏少，整個(gè)級配難以形成良好的骨架填充效果，導(dǎo)致高溫性能偏低。對鄭少高速而言，2019年上半年統(tǒng)計(jì)日平均交通量已達(dá)近3萬輛/日，單車道已達(dá)近7000輛/日，居全省前列。采用SBS橡膠復(fù)合改性瀝青混合料能夠顯著改善路面的高溫抗車轍性能，增強(qiáng)路面抗疲勞損壞。

三、低溫抗裂性能分析

低溫彎曲破壞試驗(yàn)主要用來評價(jià)瀝青混合料在低溫狀態(tài)下的抗變形能力，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 最大彎拉應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可以看出，級配類型對橡膠瀝青混合料低溫抗變形能力影響顯著，WRAC-13C的最大彎拉應(yīng)變值大于AC-13C，提高了約7.8%，但二者均能滿足規(guī)范要求，說明間斷級配WRAC-13C低溫抗裂性能優(yōu)于傳統(tǒng)密級配AC-13C。兩種級配的最佳油石比分別為4.9%和6.2%，WRAC-13C的瀝青含量多1.3%，瀝青膠漿的組成就高，瀝青混合料的黏聚性高于AC-13C，低溫條件下的抗斷裂能力自然更優(yōu)良。

四、水穩(wěn)定性能分析

選擇浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的抗水損害能力，試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

由圖4、圖5可知，兩種不同級配瀝青混合料的水穩(wěn)定性能相接近，這與高溫性能、低溫性能變化規(guī)律不同，WRAC-13C的殘留穩(wěn)定度值與AC-13C相差4%，說明兩種級配的瀝青混合料水穩(wěn)定性能相接近，對于抵抗水剝離的能力，WRAC-13C瀝青混合料并沒有發(fā)揮出顯著的優(yōu)勢。級配變化對凍融劈裂強(qiáng)度比的影響與殘留穩(wěn)定度相接近，二者相差5%，說明WRAC-C13的抗凍融性能高于AC-13C，但二者均能滿足規(guī)范要求，這與瀝青混合料的空隙率大有關(guān)，實(shí)測AC-13C瀝青混合料的空隙率為4.6%，WRAC-13C為4.4%，吸水飽和后受凍脹作用影響較大，導(dǎo)致穩(wěn)定度值偏低。

五、結(jié)語

隨著鄭少高速日交通量的持續(xù)增加，對其路面的承載能力和路用性能提出了更高的要求，尤其部分路段交通量顯著增加，瀝青混合料的高溫抗車轍能力尤為重要，研究選擇高黏、高彈的SBS橡膠復(fù)合改性瀝青作為上面層用材料對改善路面性能，延長使用壽命具有重要的意義。依據(jù)兩種不同級配瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，間斷級配WRAC-13的礦料級配范圍更窄，對集料的質(zhì)量要求較高，有利于礦料級配的控制，但最佳瀝青用量高于傳統(tǒng)級配，需要較多的瀝青膠漿填筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙，以此形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。另外，級配類型對橡膠瀝青混合料路用性能影響顯著，WRAC-13C的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能顯著優(yōu)于AC-13C，而水穩(wěn)定性能與AC-13C相接近，說明對低溫抗裂性能和高溫性能改善效果最顯著，對水穩(wěn)定性能改善效果一般。