橡胶沥青应力吸收层在城市新建道路中的应用研究

江智勇，潘思祎

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610000）

0 引 言

沥青路面半刚性基层，由于具有较高的强度和承载能力，被广泛用于道路结构，但其存在一些早期病害，如反射裂缝等[1-2]。研究发现，国内新建道路投入使用1~2 a 内均出现大量裂隙，根据钻芯取样试验结果，大部分的道路裂缝都为半刚性基层引起的反射裂缝，且与气候相关性不大。反射裂缝存在，一定程度上降低路面结构强度，进而加速路面弯曲破坏[3-4]，并且可能引起路面的其他类型病害[5]。我国地域跨度较大，自然环境变化复杂多变[6-7]，但路面结构形式与材料配比设计基本不变[8]，其路面质量主要与材料、设计、施工技术、管理等因素有关，由于半刚性基层材料为水硬性材料，其物理化学反应持续较长时间，基层强度和刚度随龄期增长而不断增强，表现出较强温度和湿度敏感性[9-10]，若施工条件较差，可能引起干缩和温缩，半刚性基层与上下层之间的磨阻作用减缓其收缩变形，从而形成拉应力，可能会导致断裂，产生缺陷。在水—力—温度耦合作用下，易产生应力集中，导致裂纹逐渐萌生扩展，发展成为贯通裂缝，导致路面裂缝的产生，常被称为反射裂缝[11-13]。路面反射裂缝的产生也与其结构形式单元有关[14]。因此，在沥青路面结构设计中，采用新技术、新方法、新工艺，提高沥青混合料路用性能，对降低道路建设和养护成本、延长使用寿命具有重要意义[15-16]。

本文通过研究橡胶沥青应力吸收层的路用性能，并将其应用于城市新建道路工程，对其施工工艺、质量控制进行重点分析，讨论其在城市新建道路中的应用。

1 橡胶沥青应力吸收层路用性能

1.1 疲劳性能

图1 为试样示意图与小梁试件，应力吸收层厚为1 cm，应力吸收层下为1 cm 沥青混合料，其上为3 cm沥青混合料，裂缝宽度为0.5 cm。试验温度15℃，加载为应变控制，控制应变为250 με，取10 万次荷载作用下的劲度模量占初始模量百分比作为评价指标（若抗疲劳性能较强，则劲度模量取初始劲度的50%时的次数）。

图1 试样结构示意图与试样

根据试验结果，小梁试件的残留劲度百分比为69.4%。

1.2 剪切性能

剪切试验试样尺寸为φ 150 mm×105 mm 的圆柱体，采取现场钻芯，并将其切割成标准试件，在其顶面（不涂透层）设橡胶沥青应力吸收层，然后在上面碾压沥青混合料，厚度为50 mm，试件成型按厚度控制在10.5 cm，经过一定时间养生，并进行剪切试验。试验加载速率为50 mm/min，试验温度分别为30℃。

根据试验结果，试样的抗剪强度为0.78 MPa，破坏时位移达到1.19 mm，其抗变形能力较强。

1.3 拉拔性能

拉拔试验试样为φ 52 mm×90 mm 圆柱体，其中水泥稳定碎石基层厚度40 mm，沥青面层厚度40 mm，试件成型后用环氧树脂将接头粘牢，24 h 后进行试验，试验温度为30℃，加载速率为10 mm/min。

由表1 可知，胶结料用量为1.8 kg/m2时，试样平均拉拔强度为0.34 MPa，胶结料用量为2.4 kg/m2时平均拉拔强度为0.35 MPa，胶结料用量为3.0 kg/m2的平均拉拔强度为0.37 MPa。随着橡胶沥青洒布量的增加，其拉拔强度呈增大的趋势，其抗变形能力逐渐增强，一定程度上延缓反射裂缝的扩展。

表1 拉拔试验结果

1.4 低温抗裂性能

通过将轮碾法成型的板块切割成250 mm×30 mm×35 mm 的棱柱体，并将其置于恒温水槽（-10℃）中45 min 以上，调整支座支点间距为200 mm±0.5 mm，加载速率以50 mm/min。

根据试验结果，试件的最大弯拉破坏应变为5 242.71 με，弯曲劲度模量为 2 379.12 MPa，断裂能为1.17J；具有较好的低温抗裂性能。

2 橡胶沥青应力吸收层工程应用

将橡胶沥青应力吸收层某城市新建道路工程，以抑制或减缓路面反射裂缝的产生，并对其施工工艺进行分析，控制其施工过程质量，并观察其长期的使用效果。

2.1 原材料

本次道路新建工程橡胶沥青应力吸收层所用基质沥青为70#道路石油沥青，其性能见表2。粗集料采用质地坚硬、干净清洁，其技术性能见表3。橡胶粉无杂质，纤维含量应低于0.5%，含有4%的碳酸钙，防止其产生粘结。集料石质坚硬、清洁，图2 为基质沥青、粗集料和橡胶粉。

图2 基质沥青、粗集料和橡胶粉

2.2 橡胶沥青应力吸收层施工

2.2.1 橡胶沥青制备

先将70# 道路石油沥青加热到150℃~160℃，泵送至溶胀灌，同时加热到190℃~200℃，待温度稳定后，再加入30 目橡胶粉，使其与基质沥青高速搅拌均匀，胶粉在高速搅拌过程中溶胀，搅拌时间为15～20 min，温度保持在180℃～185℃之间。剪切分散后的橡胶沥青输送至反应罐内进一步反应，反应温度185℃～190℃，反应时间30～35 min，完成橡胶沥青制备。

表2 基质沥青技术参数

表3 集料技术参数

2.2.2 橡胶沥青应力吸收层施工

（1）施工准备

施工前，应将道路基层的表面清扫干净，路基表面不得留有浮浆、杂物等。应尽量使基层表面骨料颗粒部分裸露，以便与橡胶沥青应力吸收层更好的粘结。

橡胶沥青制备完成，其储存量能满足施工要求，粗集料准备充足，施工机械设备（同步碎石封层车、25 t 胶轮压路机等）准备就绪。

（2）施工

采用同步碎石封层车进行橡胶沥青应力吸收层的施工（见图3）。应先将高温（185℃～190℃）的橡胶沥青均匀的洒布在清理后的基层上，随时检查橡胶沥青的洒布量，以便及时调整洒布量。沥青洒布不足或漏洒，可采取人工进行补洒。

图3 同步封层车施工

碎石撒布应紧跟橡胶沥青洒布，以防止橡胶沥青洒布后，温度降低过快导致橡胶沥青与碎石之间的粘结力不足。施工过程中，应随时检测碎石撒布量。碎石撒布不足或漏撒，应及时进行人工补洒。

碾压应在碎石撒布完成后及时进行，采用25 t胶轮压路机进修碾压，并与同步碎石封层车保持5 m以内（见图4）。为防止因温度降低较快导致橡胶沥青与碎石的粘结力减弱，碾压应及时进行，否则会降低应力吸收层的施工质量，进一步影响路面的抗裂效果。因此初压时，橡胶沥青温度不低于100℃。

图4 碾压

碾压完毕后，人工清扫应力吸收层表面松散的碎石，避免沥青面层与其之间的粘结降低，影响路面整体性能。

2.3 橡胶沥青应力吸收层施工检测

现场施工检测主要包含橡胶沥青及洒布量、粗集料撒布量、外观检查以及刹车试验等。

（1）橡胶沥青

施工前，制备的橡胶沥青应满足技术要求，施工现场以橡胶沥青针入度、软化点、回弹模量作为质量控制指标，对原材料进行检测，其检测结果见表4，满足规范要求。

表4 橡胶沥青检测结果

（2）橡胶沥青洒布量

先测量工程纸的质量和尺寸，再将其放在路基顶面，待同步封层车经过后，称量工程纸的质量，并进行记录，见图5。根据试验结果，橡胶沥青的平均洒布量为2.8 kg/m2，满足要求。

图5 现场沥青量检测

（3）集料撒布量

在碎石撒布车行经的路面上预先放好托盘，记录托盘质量与尺寸，当碎石撒布车经过后，测量托盘质量，并记录，见图6。集料平均撒布量为12.1 kg/m2，满足规范要求。

图6 碎石撒布量检测

（4）刹车试验

应力吸收层施工完成24 h 后，用BZZ-60 标准汽车，以50 km/h 车速行驶过程中进行紧急制动，观察吸收层的粘结性能，见图7。由结果可知，试验后，应力吸收层表面基本完好，未发生碎石脱落现象，沥青层也未出现破裂，表明其抗剪切能力较强。

图7 现场刹车试验

（5）外观检查

施工过程中，随时进行外观检查，见图8。应使粗集料撒布均匀，无露撒，橡胶沥青无起皮、油包以及基层外露等，并且与基层的粘结应牢固。

图8 外观检查

2.4 橡胶沥青应力吸收层应用效果

路面施工完成后，对其施工路段的路面状况进行观测，见图9。发现通车使用3 a 后，沥青路面状况完好，无裂缝出现，表现出较好的防裂效果。

3 结 论

本文基于对橡胶沥青应力吸收层的路用性能试验，详细分析了应力吸收层的疲劳、剪切、拉拔和低温抗裂性能，在此基础上，将其应用于某城市新建道路工程，并通过对施工路段进行跟踪观测，分析其防止或延缓半刚性基层反射裂缝的可行性。通过室内试验，结合工程现场应用，总结了橡胶沥青应力吸收层的施工工艺和质量控制重点，为其广泛应用提供了参考依据。

图9 路面裂缝观测