施工参数对橡胶沥青SAMI抗拉及抗剪性能的影响

袁 露

(海门市公路管理站，江苏 南通 226100)

·建筑材料及应用·

施工参数对橡胶沥青SAMI抗拉及抗剪性能的影响

袁 露

(海门市公路管理站，江苏 南通 226100)

指出橡胶沥青洒布量、碎石撒布量及碎石粒径等施工参数对橡胶沥青SAMI的使用性能具有重要影响，并通过室内试验研究了三个参数对橡胶沥青SAMI抗拉及抗剪性能的影响，并确定了几个参数的适宜取值，通过研究确定的橡胶沥青SAMI适宜的橡胶沥青洒布量、碎石撒布量及碎石粒径分别为2 kg/m2～2.4 kg/m2，12 kg/m2～14 kg/m2，9.5 mm～13.2 mm。

橡胶沥青，SAMI，抗拉强度，抗剪强度

近年来，随着老路改造工程量的剧增，具有优良抗裂性能的橡胶沥青SAMI层的应用量越来越大。但是作为一个路面结构层，SAMI层不但要抗裂，而且要具有良好的抗拉与抗剪性能，以保证基层与上层间的共同受力。以往的研究更加关注SAMI层的抗裂作用，对其抗拉与抗剪性能，特别是现场的应用性能研究较少，本文从室内与室外两方面，研究了橡胶沥青SAMI层的各种施工因素对其抗拉与抗剪性能的影响，通过对试验数据的分析确定了橡胶沥青SAMI施工的最佳参数。

1 试验方案与方法

1.1 试验方案

橡胶沥青SAMI的主要材料组成包括橡胶沥青胶结料及碎石，而橡胶沥青的用量、碎石的粒径及碎石用量均会影响到SAMI层的使用品质。

为了确定橡胶沥青SAMI层的适宜配比，课题中改变橡胶沥青用量、碎石用量及碎石粒径，室内成型试件后进行了拉拔及剪切试验，所采用的试验参数如表1所示。

表1 橡胶沥青SAMI试验参数

1.2 试验方法

1)剪切试验。橡胶沥青SAMI层的抗剪性能主要由橡胶沥青的粘度、碎石的嵌挤性能决定，为了检验不同配比SAMI层的抗剪性能，开发了层间斜剪切试验来评价SAMI层的抗剪性能。试验在压力机上完成，并采用自行设计加工的试验夹具。将试件及夹具固定在压力机中心后，通过控制压力机的油压稳定剪切试验速度(10 mm/min)，通过压力机显示的压力值换算SAMI层的抗剪强度。试验示意图见图1。

试件制作过程：

第一步采用车辙试模成型水泥混凝土板，水泥混凝土板尺寸为300 mm×300 mm×50 mm，试件成型后在恒温恒湿条件下养生，养生28 d后表面打毛(见图2)；第二步水泥混凝土板养生后，在其上按要求撒布橡胶沥青及碎石；第三步橡胶沥青SAMI层撒布结束后，在轮碾仪上成型Sup20混合料层，厚度为50 mm；第四步沥青混合料温度达到常温后脱模，采用取芯机钻取试验芯样(见图3)；第五步试件在50 ℃恒温域下养生2 h后进行剪切试验。

2)拉拔试验。橡胶沥青SAMI层的抗拉性能主要取决于橡胶沥青的粘度，与碎石的粒径及撒布量也存在一定关系，为了检验不同配比SAMI层的抗拉性能，课题组开发了层间拉拔试验来评价SAMI层的抗拉性能。试验在万能试验机上完成，并采用自行设计加工的试验夹具。将试件采用AB胶与拉拔试验夹具粘结牢固后固定在试验机上，通过控制试验机移动速度稳定拉拔试验速度(10 mm/min)，通过试验机显示的拉力值换算SAMI层的抗拉强度。试验示意图见图4。

试件制作过程：

试件制作的第一步～第四步同剪切试验步骤；

第五步将试件的上、下底面分别涂刷AB胶，与拉拔夹具粘结；

第六步待粘结牢固后，将试件在50 ℃恒温域下养生2 h后安装于试验机上进行拉拔试验。

2 试验结果分析

2.1 橡胶沥青洒布量对SAMI层抗拉及抗剪性能的影响

根据表1中的试验方案，改变橡胶沥青洒布量，采用碎石的粒径范围为9.5 mm～13.2 mm，碎石撒布量14 kg/m2下成型试件，在50 ℃条件下进行拉拔、剪切试验，所得试验结果如表2所示。

表2 不同橡胶沥青用量时SAMI层拉拔、剪切试验结果 MPa

由表2中数据可见：

1)在碎石的撒布量一定的条件下，在课题中选择的橡胶沥青洒布量范围内，随着单位面积橡胶沥青洒布量的增加，橡胶沥青SAMI的抗剪强度呈现先增后降的趋势，在橡胶沥青洒布量为2.2 kg/m2时最大，最大值达到0.496 MPa；2)随着单位面积橡胶沥青洒布量的增加，橡胶沥青SAMI的抗拉强度呈现逐渐增加的趋势，在橡胶沥青洒布量为2.6 kg/m2时最大，最大值达到0.331 MPa。

综合以上分析，橡胶沥青洒布量的增加会提高SAMI层的抗拉强度，但对于SAMI层的抗剪强度并非洒布量越大越好，考虑到SAMI层的实际受力状况，在50%超载条件下的剪应力极值为0.390 MPa，考虑一定的安全系数，橡胶沥青洒布量在2 kg/m2～2.4 kg/m2时较为适宜。

2.2 碎石撒布量对SAMI层抗拉及抗剪性能的影响

根据表1中的试验方案，改变碎石撒布量，碎石粒径为9.5 mm～13.2 mm，橡胶沥青洒布量2.2 kg/m2下成型试件，在50 ℃条件下进行拉拔、剪切试验，所得试验结果如表3所示。

表3 不同碎石撒布量时SAMI层拉拔、剪切试验结果 MPa

由表3中数据可见，在橡胶沥青的洒布量一定的条件下，在课题中选择的碎石撒布量范围内，随着单位面积碎石撒布量的增加，橡胶沥青SAMI的抗剪强度及抗拉强度呈现先增后降的趋势，抗拉强度在碎石撒布量为12 kg/m2时最大，最大值为0.324 MPa，抗剪强度在碎石撒布量为14 kg/m2时最大，最大值为0.496 MPa。

根据对橡胶沥青SAMI层的受力分析，结合上述的实验结果，当碎石粒径为9.5 mm～13.2 mm时，橡胶沥青SAMI层适宜的碎石撒布量为12 kg/m2～14 kg/m2。

2.3 碎石粒径对SAMI层抗拉及抗剪性能的影响

1)碎石采用同样的质量。根据表1中的试验方案，改变碎石粒径，采用橡胶沥青洒布量2.2 kg/m2，碎石洒布量14 kg/m2下成型试件，在50 ℃条件下进行拉拔、剪切试验，所得试验结果如表4所示。

表4 同质量不同粒径时SAMI层拉拔、剪切试验结果 MPa

2)碎石采用同样的覆盖率。根据表1中的试验方案，改变碎石粒径，采用橡胶沥青洒布量2.2 kg/m2，碎石撒布覆盖率均为100%时成型试件，进行拉拔、剪切试验，所得试验结果如表5所示。根据室内计量，当覆盖率均为100%时，9.5 mm～13.2 mm颗粒撒布量为14.4 kg/m2，5 mm～10 mm颗粒撒布量为12.6 kg/m2。

根据表4及表5中的数据，与碎石覆盖率方法相比，以单位面积碎石的撒布质量控制施工，虽然更有利于控制施工精度，但是以覆盖率控制生产更有利于获得较好品质的SAMI层。橡胶沥青SAMI施工时，建议采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆盖面积以85%～100%较为适宜。

表5 同覆盖率不同粒径时SAMI层拉拔、剪切试验结果 MPa

分析原因为：在橡胶沥青碎石封层中撒布碎石的作用是为了提高层间抗剪强度，在铺筑上面层时不破坏封层油膜。如果石料过多，撒布后碎石层就会出现重叠现象，易形成碎石夹层，上层石料与沥青膜的裹附面积减小，这部分石料的粘结力下降，影响路面的使用性能和寿命；如果石料过少，则撒布过后会使沥青膜局部没有覆盖，压路机碾压时会出现严重的粘轮现象，甚至会导致无法施工。

3 现场施工质量检测

3.1 刹车试验

按文中的研究成果进行了试验路铺筑，试验段铺筑完成2 d后，用BZZ-60标准汽车以50 km/h车速急刹，观察封层的粘结性能。检测状况如图5所示，可见SAMI层保持完好，碎石不脱落，沥青层不破裂，表明橡胶沥青SAMI与基层的抗剪切能力较强。

3.2 现场拉拔及剪切试验

为了解橡胶沥青SAMI层在实际工程中的抗拉及抗剪性能，在试验路Sup20沥青下面层施工结束后，课题组现场进行了拉拔与剪切试验(见图6，图7)，并与热喷SBS改性沥青同步碎石下封层的现场抗拉及抗剪强度进行了对比，试验结果如表6所示。

表6 橡胶沥青SAMI层抗拉及抗剪强度试验结果 MPa

热喷SBS改性沥青的撒布量设定为1.1 kg/m2，碎石的撒布量为5 kg/m2～6 kg/m2，该试验段位于上海某高速高架桥段，与项目试验段橡胶沥青SAMI的使用基本状况相似。两个试验段的拉拔与剪切试验温度均在30 ℃左右，故试验结果具有一定可比性。

通过对表6中数据的分析可以发现，橡胶沥青SAMI的抗拉及抗剪强度要高于热喷SBS改性沥青+碎石封层。同样温度条件下，橡胶沥青SAMI的抗拉强度较热喷SBS改性沥青+碎石封层高约0.1 MPa，抗剪强度高约0.031 MPa。

4 结语

文中对橡胶沥青SAMI层抗裂及抗剪性能的影响因素进行了试验研究，优选了最佳施工参数，并结合试验段实施对研究结论的应用效果进行了验证，所得结论包括：

1)橡胶沥青洒布量的增加会提高SAMI层的抗拉强度，但对于SAMI层的抗剪强度并非洒布量越大越好，考虑到SAMI层的实际受力状况，建议橡胶沥青洒布量控制在2 kg/m2～2.4 kg/m2；

2)在橡胶沥青洒布量一定的条件下，随着单位面积碎石撒布量的增加，橡胶沥青SAMI的抗剪强度及抗拉强度呈现先增后降的趋势，建议橡胶沥青SAMI层适宜的碎石撒布量为12 kg/m2～14 kg/m2；

3)以覆盖率控制橡胶沥青SAMI生产更有利于保证施工质量，建议采用9.5 mm～13.2 mm的碎石，覆盖面积以85%～100%较为适宜；

4)根据实体工程验证，采用文中成果橡胶沥青SAMI层具有良好的抗拉与抗剪性能。

[1] 赵剑强.公路交通与环境保护[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] Gandhi,T.,Amirkhanian,S..Laboratory Investigation of Warm Asphalt Binder Properites-A Preliminary Investigation,In Proceedings of the 5th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavement and Technological Control.Park City,Utah,2007:475.

The influence of construction parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear properties

Yuan Lu

(HaimenRoadStation,Nantong226100,China)

This paper pointed out that the rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size and other construction parameters had important effects to the use performance of rubber asphalt SAMI, and through the indoor test researched the influence of three parameters to rubber asphalt SAMI tensile and shear parameters, and determined the adaptation value of several parameters, through the research determined the appropriate rubber asphalt spray volume, gravel spray volume and gravel particle size of rubber asphalt SAMI respectively was 2 kg/m2～2.4 kg/m2, 12 kg/m2～14 kg/m2, 9.5 mm～13.2 mm.

rubber asphalt, SAMI, tensile strength, shear strength

2015-08-29

袁 露(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0125-03

TU535

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