橡胶改性沥青SMA超薄磨耗层路用性能分析

李瑞娜

（山西交通控股集团有限公司运城南高速公路分公司，山西 运城 044000）

引言

目前，国内外对沥青路面超薄磨耗层的研究技术还不够成熟，在实践应用中存在超薄磨耗层与原路面黏结不良，水稳定性差，耐久性差等问题[1]。超薄磨耗层施作后，在车辆荷载的重复作用下，容易脱落，雨水从磨耗层孔隙渗入，造成磨耗层和路面结构破坏。超薄磨耗层使用一段时间后，路用性能会有很大幅度的下降，这些都影响超薄磨耗层的推广应用[2-3]。对橡胶改性沥青SMA超薄磨耗层结构进行研究，并开展试验检验超薄磨耗层的路用性能，整理数据作为主要分析依据。

1 原材料选用

1.1 集料

粗集料选用质地坚硬、强度高、形状规则、多棱角的玄武岩，细集料选用玄武岩机制砂，主要技术性能检测结果见表1。

表1 集料主要技术性能指标检测结果

1.2 沥青

基质沥青选用70#石油沥青，主要技术指标检测结果见表2。

表2 70#基质沥青技术指标

1.3 橡胶粉

橡胶粉选用40目废旧轮胎加工的橡胶粉，掺量为18%，主要技术指标检测结果见表3。

表3 橡胶粉技术指标检测结果

1.4 矿粉级纤维稳定剂

矿粉选用干燥、洁净的石灰石矿粉，纤维稳定剂选用木质素纤维。

2 级配和配合比设计

2.1 矿料级配

选用SMA-10沥青混合料作为研究对象，最大公称直径为9.5 mm，超薄磨耗层厚度为25 mm。SMA-10沥青混合料矿料级配见表4。

表4 SMA-10沥青混合料矿料级配

2.2 确定最佳沥青用量

SMA-10沥青混合料孔隙率为3.4%，分别选取为5.5%、6%、6.5%三种沥青含量制作马歇尔试件，结合试验结果确定孔隙率3.4%所对应的沥青含量为6.3%，确定最佳沥青含量为6.3%。

3 SMA超薄磨耗层路用性能分析

3.1 水稳定性试验结果分析

水稳定性不足会加速沥青路面破坏，对SMA-10沥青混合料开展试验，检测马歇尔残留稳定度和冻融劈裂试验强度比，对超薄磨耗层混合料水稳定性进行评定。马歇尔残留稳定度检测结果见表5。

表5 马歇尔残留稳定度试验检测结果

分析表5中SMA-10超薄磨耗层混合料马歇尔残留稳定度试验检测结果，各检测值均高于《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中SMA改性沥青混合料不小于80%的要求，说明混合料水稳定性良好。

分别制作两组马歇尔试件，每组4个，试件直径101.6 mm，高度63.5 mm，第一组试件在常温条件下保存，第二组试件开展真空饱水试验，冻融劈裂试验强度比试验检测结果见表6。

表6 冻融劈裂试验强度比试验检测结果

分析两类马歇尔试件冻融劈裂试验强度比试验检测结果，检测值均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中不低于80%的要求，说明SMA-10超薄磨耗层混合料水稳定性良好。

3.2 抗滑性能试验结果分析

为了确定橡胶改性沥青SMA超薄磨耗层的抗滑性能，对铺筑后沥青路面的构造深度和摩擦系数进行检测。构造深度采用手工铺沙法进行检测[4]，检测结果见表7。

表7 构造深度试验检测结果

分析试验检测结果，SMA-10超薄磨耗层混合料的构造深度检测结果平均值为1.241 mm，满足均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中对年降雨量超过1 000 mm的要求，说明混合料抗滑性能良好。

摩擦系数采用BM-III型摆式摩擦系数测定仪测定，检测结果见表8。

表8 抗滑值试验检测结果

分析数据，各试件抗滑值检测结果平均值为81.8，摩擦系数为0.821，摩擦系数较高，说明磨耗层混合料抗滑性能满足设计要求。

3.3 高温稳定性与抗渗性能试验结果分析

为了验证SMA超薄磨耗层的高温稳定性，制作试件开展车辙试验，车辙动稳定度试验检测结果为4 396次/mm，满足设计要求的不小于3 000次/mm的要求。另外，车辙试验动稳定度检测结果越大，混合料脆性越高，当动稳定度超过6 000次/mm时，脆性更高。因此，本项目所选SMA混合料高温稳定性均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的相关要求，且脆性较低。

SMA混合料结构内部孔隙有纤维稳定剂和沥青胶浆等材料填充，大大降低了空隙率，具有良好的抗渗性能。为了确定SMA超薄磨耗层的抗渗性能，制备试件开展渗水试验，得到SMA-10超薄磨耗层混合料的渗水系数69 mL/min，满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中不超过80 mL/min的相关要求，说明混合料抗渗性能良好。

3.4 低温抗裂性试验结果分析

低温季节沥青路面混合料体积收缩产生温度应力，如路面材料抗拉强度不足，很容易产生开裂。雨季水分自裂缝渗入路面结构后，会加速路面结构破坏。采用弯曲蠕变试验对橡胶改性沥青SMA混合料进行测定，分析试验结果确定混合料的低温抗裂性，试验结果见表9。

表9 小梁弯曲试验检测结果

分析试验结果，各试件最大弯拉应变均高于规范要求的2 500 με，《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的相关要求。由于在高温条件下橡胶粉颗粒和沥青发生了溶胀反应，形成稳定的空间网状结构，将集料紧密包裹并牢固的黏结在一起，有效提高了SMA-10超薄磨耗层混合料的抗拉强度，进而提高了路面材料的低温抗裂性。

4 结语

（1）马歇尔残留稳定度和冻融劈裂试验强度比均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中不小于80%的要求，说明混合料水稳定性良好。（2）构造深度检测结果平均值为1.241 mm，抗滑值检测结果平均值为81.8，摩擦系数为0.821，均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的相关要求，说明磨耗层混合料抗滑性能良好。（3）车辙动稳定度试验检测结果为4 396次/mm，渗水系数69 mL/min，均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的相关要求，说明混合料高温抗车辙性能和抗渗性能良好。（4）各小梁试件最大弯拉应变均高于《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中要求的2 500 με，说明混合料低温抗裂性能良好。（5）橡胶改性沥青SMA-5超薄磨耗层混合料的抗渗性能大幅优于橡胶改性沥青SMA-10超薄磨耗层混合料。综上，橡胶改性沥青SMA-10超薄磨耗层混合料的各项路用性能均满足规范要求，具有良好的实用性。