新型薄层应力吸收层沥青混合料在柳南高速公路水泥路面改造中的应用

刘春华 周兴业 陈智杰

摘要：为了解决目前应力吸收层过分强调变形能力而导致材料偏柔、高温性能不足等问题，文章结合柳州至南宁高速公路旧水泥混凝土改造工程实例，研发了一种全新的薄层应力吸收层材料，以富沥青含量和粗集料断级配为主要特征，使用常规材料即可制备。研究结果表明，新型薄层应力吸收层具有十分良好的抗变形性能、高温抗车辙性能、施工和易性，因使用常规材料即可生产，可降低材料成本1/3左右。

关键词：应力吸收层;沥青混合料;水泥路面;反射裂缝

中图分类号：U412.36+6A030093

0 引言

在柳州至南宁高速公路（柳南高速）旧水泥混凝土路面改造项目中，沥青混凝土路面加铺结构厚度为12 cm或14 cm，其中，在旧水泥路面板上设置了一层厚度为2 cm的应力吸收层沥青混合料。目前，已有研究中水泥路面加铺沥青面层的应力吸收层，多采用特种高粘高弹沥青和悬浮密实型矿料级配提高抗变形能力以抵抗反射裂缝，但却因过分强调变形能力，而导致混合料的模量偏低、柔性较大，虽然抵抗反射裂缝效果好，但对于广西等高温、湿热、多雨地区而言，高温稳定性也不可忽略。因此，当总加铺厚度只有12 cm或14 cm时，尽管应力吸收层较薄，但仍需要协调好抗反射裂缝能力和高温抗变形能力。为了解决这些问题，在柳州至南宁高速公路旧水泥混凝土改造中，研发并使用了一种新型的薄层应力吸收层材料，以富沥青含量和粗集料断级配为主要特点，使用常规的路面材料即可制备，兼顾防反射裂缝和高温抗变形能力的同时，可有效节约造价，是一种性能较为优异、均衡的沥青混合料。

1 新型薄层应力吸收层沥青混合料技术原理

为了协调抗反射裂缝性能和高温稳定性、保证路用性能均衡，新型薄层应力吸收层沥青混合料采用粗集料、密实型、断级配的矿料级配组成原则设计，并使用交通运输部公路科学研究院提出的应力吸收层“四控制点”的方法来确定最佳油石比，该方法的核心技术原理如下（见下页图1）：

（1）根据沥青混合料的施工和易性确定最佳油石比的“第1个控制点”OAC1。油石比越大、沥青胶浆和砂浆含量越多，抗变形能力越好，但抗高温性能和施工和易性越差。为了保证施工和易性，可通过控制最大沥青用量的方式来进行设计优化，故选择沥青混合料析漏损失率与油石比关系曲线的突变上升点作为最佳油石比的“第1个控制点”OAC1。

（2）根据沥青混合料的体积状态确定最佳油石比的“第2个控制点”OAC2。由于新型应力吸收层采用粗集料、密实型、断级配的矿料级配进行设计，当其在最紧密状态时具有最优的综合路用性能，故选择矿料间隙率VMA最小时的油石比作为“第2个控制点”。

（3）根据沥青混合料的抗变形能力确定最佳油石比的“第3个控制点”OAC3。在OAC1与OAC2之间进行沥青混合料的弯曲变形试验，将满足弯曲应变5000微应变要求所对应的油石比作为“第3个控制点”OAC3。

（4）根据沥青混合料的高温抗车辙能力确定最佳油石比的“第4个控制点”OAC4。在OAC1与OAC2之间进行沥青混合料的60 ℃车辙试验，将满足动稳定度2 000次/mm和相对变形5%要求所对应的油石比作为“第4个控制点”OAC4。

2 柳南高速公路水泥路面改造中的应用

2.1 设计级配与技术要求

柳南高速水泥路面改造中使用的新型薄层应力吸收层混合料设计推荐级配和技术指标要求如表1、表2所示。

2.2 设计成果

采用前述方法进行柳南高速公路水泥路面改造项目中各沥青加铺标段应力吸收层的目标配合比和生产配合比设计。部分标段的设计结果如表3和表4所示。

从表3、表4中的数据中可以看出：

（1）本文设计的新型薄层应力吸收层最大弯曲变形平均可达9 600 με，比技术要求提高约1倍左右，抗变形能力十分优异，具有良好的防反射裂缝效果。

（2）由于采用了“四控制点”方法确定最佳油石比，使用普通的沥青和集料即可生产路用性能优异的应力吸收层，避免了采用特种高粘高弹沥青和悬浮密实型矿料级配生产应力吸收层的做法，与同类技术相比可平均降低油石比2%左右，可直接节约材料成本1/3以上，显著降低工程投资。

（3）对于广西等高温、湿热、多雨地区而言，本文设计的新型薄层应力吸收层车辙试验的动稳定度平均值为3 196次/mm，与同类技术相比可提高2～3倍，高温性能十分优异，可为整个沥青加铺层提供一定的抗车辙性能。

3 实施效果评价

通过柳南高速公路施工过程中的抽检结果和加铺改造后3年后的评价数据，对新型薄层应力吸收层混合料的实施效果进行评价。表5为柳南高速公路施工过程中各个路面标应力吸收层混合料的抽检结果。从表5中可以看出，本文的新型薄层应力吸收层沥青混合料，具有十分良好的实施效果，瀝青饱和度、车辙试验动稳定度和相对变形、压实度、结构厚度等均能够满足技术指标要求。这主要是由于本文设计的新型应力吸收层属于一种富沥青含量、粗集料、密实型、断级配沥青混合料，具有良好的变形能力，一方面富沥青用量保证了足够的抗变形能力和抗疲劳能力，另一方面粗集料断级配保证了一定的抗高温车辙性能。

柳南高速公路加铺改造后第三年，曾对路况进行了跟踪观测。结果发现，通车三年多来，整条高速公路没有反射裂缝的病害问题，应力吸收层的使用效果较好，这说明材料设计是成功的。从车辙路段的钻芯情况来看，没有发生由于应力吸收层变形过大而导致的车辙问题，这表明按照现有的应力吸收层材料组成设计方法和控制指标能够保证该层材料抵抗高温变形的能力。

4 结语

通过试验研究和工程应用发现，本文研发的新型薄层应力吸收层混合料，与同类技术相比，具有十分良好的抗变形性能、高温抗车辙性能、施工和易性，可使用常规材料制备，能够降低材料成本1/3左右。

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收稿日期：2020-05-08