橡胶沥青应力吸收层在路面改造工程中的应用

贺晓强

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

与传统的水泥混凝土路面相比，沥青路面的耐用性更高，是高速公路路面的首选。我国的“白改黑”路面改造工程就是将原来经过长期使用已有破损的或有破损可能性的水泥混凝土路面改造成黑面路面[1]。应力吸收层起着吸收下层拉伸力，防止上层沥青面出现反射裂缝的重要功能。

1 国道108线路面改造工程概况

1.1 工程基本情况

108国道霍州退沙——侯马凤城一级公路路面改造工程位于山西省中南部的临汾市境内，途径霍州市、洪洞县、尧都区、襄汾县、曲沃县、侯马市等六县市，全长125.432 km。工程地理位置图如图1所示。

图1108 国道霍州退沙—侯马凤城一级公路地理位置示意图

全线采用一级公路技术标准，全幅双向四车道，设计速度采用100 km/h和60 km/h；路基宽度38.5 m、24 m、27 m和25.5 m；新建和加固桥涵设计荷载采用公路-I级，其余桥涵均维持原设计汽车荷载等级标准。

1.2 项目由来

108国道霍州退沙——侯马凤城一级公路位于山西省临汾市境内，连接临汾6个县市，对临汾市内的经济发展和交通运输起着非常大的作用。然而，由于长期使用，加上自然环境的影响，导致原水泥混凝土路面出现了多处路面破损，尤其是原重车道方向（霍州→侯马）的路面，破损情况比较严重。为加强路面安全，本次路面改造工程要在水泥混凝土面板与沥青混凝土之间加一层应力吸收层，对混凝土面板之间的纵缝、横缝进行灌缝处理。另外，由于重车道及爬坡车道易产生路面病害，为防止路面病害产生要对重车道以及坡度较大的爬坡车道加铺的上、下面层进行沥青改性处理。

1.3 工作方案

由于轻车方向与重车方向的路面受损程度不同，在日常运营中的交通承载量也不相同，因此本次改造路面结构按轻车方向和重车方向分别设计。轻车方向（侯马→霍州）水泥路面相对完好，更换破碎板后直接加铺沥青路面；重车道方向（霍州→侯马）破碎板较多，挖除25 cm厚水泥面板集中破碎作为基层集料加以利用，路面结构为水稳碎石基层和就地冷再生基层。

考虑到爬坡车道易产生路面病害，对霍州→侯马方向全部路段加铺的上、下面层及侯马→霍州方向纵坡大于3%路段的上、下面层进行沥青改性处理。

为了加强沥青路面与原水泥混凝土路面的结合度，在应力吸收层施工前要先对混凝土面板进行抛丸处理，对混凝土面板之间的纵缝、横缝进行灌缝处理。

2 橡胶沥青应力吸收层的应用

常见的应力吸收层材料有土工合成材料、聚合物改性沥青、沥青混合料等。

橡胶沥青应力吸收层（简称SAMI），是指在处理后的水泥稳定碎石上洒布1.8～2.3 kg/m2的橡胶沥青，在路面形成一层沥青膜后撒布一定量的粒径9～12 mm的碎石，最后通过机械碾压使沥青上翻和碎石位置稳定的一种应力吸收层。橡胶沥青是利用废弃的橡胶制成的胶粉与沥青混合，通过热反应制成的。在制作工程中，沥青与胶粉相互结合，使得沥青的力学性能发生变化，回弹性增加。橡胶沥青应力吸收层的回弹性强，抗裂性能良好，可以有效地承受下层位移引起的拉应力，减少上层沥青路面承受的拉应力，阻止下层水平位移引起的裂缝蔓延到罩面层，防止沥青路面出现反射裂缝。同时，橡胶沥青应力吸收层可以起到非常好的防水和排水作用，防止公路水渗病害的发生。橡胶沥青应力吸收层曾于2012年运用于国道108线临汾霍州——侯马段路面改造工程中。

3 高弹高黏应力吸收层施工工艺

3.1 设备要求

108国道高弹高黏应力吸收层的施工设备如表1所示。橡胶沥青应力吸收层的施工采用同步碎石封层机一体化施工的方式。同步碎石封层机可以缩短黏结剂喷洒和骨料撒布之间的间隔时间，使碎石和沥青结合料可以立刻结合，加大了碎石与沥青结合料的表面接触，保证了材料之间稳定的比例关系，有效降低碎石与沥青脱黏的可能性[2]。同步碎石封层机结合了喷洒黏结剂和集料撒布两道工序，提高了施工效率，降低了施工的成本。

表1 108国道高弹高黏应力吸收层的施工设备

3.2 施工材料选择

3.2.1 橡胶沥青

橡胶沥青的质量要符合表2的要求。橡胶沥青必须符合技术要求尤其是黏度达标才能实现应力吸收层的作用。橡胶沥青的施工对温度的要求很高，温度过低过高都会影响到橡胶沥青的性能。因此，在每次使用前都要对橡胶沥青的性能进行检验，只有质量达标了才能使用[3]。

表2 橡胶沥青技术要求

3.2.2 碎石

碎石的质量要符合表3、表4的要求。对于橡胶沥青应力吸收层中的石料的要求是坚硬干燥，碎石大小控制在9.5～13.2 mm之间为佳。橡胶沥青应力吸收层的碎石结构多为单层碎石结构，碎石的坚硬度要高才能形成应力吸收层的骨架。另外，碎石筛选时要筛除针片状碎石。针片状碎石的坚硬度较低且容易破碎，与黏结剂的结合较差。碎石中针片状颗粒含量过高会使得吸收层的碎石结构不稳定，一般来说，针片状碎石的含量要控制在10%以内[4]。

表3 碎石技术要求

表4 碎石级配要求

3.3 施工工艺

3.3.1 施工前的准备工作

a）要对旧路进行处理。要求处理原来的水泥混凝土路面存在的路面病害，使路面整体保持平整。在铺设应力吸收层之前，要对混凝土面板之间的纵缝、横缝进行灌缝处理。通过现场勘查记录裂缝出现的位置进行编号，根据裂缝的产生原因制定填补方案进行填补。对于轻微裂缝，可以采取黏缝技术进行处理。黏缝技术主要包括直接灌入法和喷灌浆法。对于路面断裂情况比较严重，可以采取整块切除的方法。切除时要注意按方型切除，切除后再浇筑新的混凝土。在此次工程的范围内，轻车道方向（侯马→霍州）水泥路面相对完好，更换破碎板即可。重车道方向（霍州→侯马）破碎板较多，要挖除25 cm厚水泥面板集中破碎作为基层集料加以利用。对路面的病害处理后，还要对原来的水泥混凝土路面进行清理，保持基面干燥、洁净。

b）要准备好施工的设备，包括同步碎石封层车、胶轮压路机、施工车辆等。准备工作分为两个方面：（a）在施工前要确定施工的设备到位；（b）要对施工的设备性能进行检查，防止施工设备出现问题影响施工过程[5]。

3.3.2 施工工艺

应力吸收层的施工过程分为撒布黏结剂和集料、碾压和清扫3个阶段。

第一阶段，橡胶沥青喷洒和碎石撒布，如图2所示。同步碎石封层机的运用，大大减少了施工人员的工作量，提高了施工的效率和质量。在使用同步碎石封层机时要注意撒布均匀，封层机的速度不宜过快。橡胶沥青每平方的喷洒量要控制在1.8～2.3 kg之间，每平方米的偏差量不应超过0.2 kg。碎石的撒布量要控制在每平方米10～20 kg之间，保证撒布的碎石铺满，不散失。在碎石撒布期间，局部碎石量不足的应当进行人工补足。碎石铺满后，工作人员要将散落在沥青外的碎石扫入橡胶沥青中。

图2 橡胶沥青喷洒和碎石撒布

第二阶段，碾压作业。胶轮压路机要紧跟在碎石铺满橡胶沥青覆盖面后进行碾压作业，碾压次数为2遍，碾压速度要均匀、缓慢。由于橡胶沥青的黏性非常大，在使用胶轮压路机进行碾压时沥青会上翻。为了避免发生黏轮现象，在碾压前要在胶轮上喷洒少量的水或者表面活性剂溶液。碾压对温度的要求很高，不同的碾压温度下，橡胶的凝固和老化程度不同，因此操作的时间也有限制，如表5所示。

表5 碾压时间表 min

第三阶段，清扫松散碎石。为了防止沥青膜外的碎石飞散，造成环境污染以及对交通安全的不良影响，在橡胶沥青应力吸收层封层完成后要进行清扫，去除没有与黏结剂结合的松散碎石。

3.3.3 施工过程中的封闭交通工作

为保证施工过程的顺利进行，从旧路处理阶段就要对路段交通进行封闭。在洒铺橡胶沥青、碎石后严禁任何车辆、行人通行，交通开放至少要等到橡胶应力吸收层碾压施工后3 h以后。为了加强高弹高黏应力吸收层与上层沥青层的结合程度，在橡胶沥青碎石封层后要及时进行上面沥青层的施工[6]。在沥青层施工期间也要封闭交通，禁止车辆、行人通行。

3.3.4 施工质量检验标准

在每个阶段及时对施工质量进行检验是整体施工质量合格的重要保证。施工质量检验项目包括橡胶沥青指标、碎石物理性质、黏结剂洒布量、集料撒铺量和外观检查5个方面。橡胶沥青和碎石的质量必须符合设计需要和国家质量标准[7-8]。对黏结剂和集料用量的检验在具体试验方法如表6所示。外观检查要随时随地进行，观察沥青层外观是否均匀一致，并且要刮开表面，观察黏结是否牢固。

表6 橡胶沥青洒布量及集料撒铺量的试验方法

4 结语

根据实践证明，在“白改黑”路面改造工程中，在新旧路面之间设置应力吸收层可以对沥青路面起到或多或少的缓裂作用。而与其他材料相比，橡胶沥青的回弹性和防水性能良好，具有较好的防反射裂缝的效果。另外，橡胶沥青对废旧轮胎的回收利用也充分体现了路面工程的环保意识。因此，在国道108线路面改造工程中采用橡胶沥青作为应力吸收层具有重要的意义。