SBS橡胶复合改性沥青技术在郑少高速路面专项工程中的应用

刘佩冬 尹建伟

（郑州郑少高速公路发展有限公司，河南 郑州 450001）

河南省郑州市至少林寺高速公路（以下简称“郑少高速”）是连接郑州至少林寺之间的一条旅游高速公路，也是通往豫西南的重要物资交流通道，更是河南和郑州对外开放的“窗口”。项目全长53.664km，于2003年建成通车，双向四车道。根据2019年上半年的统计，郑少高速交通量巨大，且交通量增长十分迅速，对路面的使用性能要求也逐步提高。

近年来，橡胶复合改性沥青技术作为“四新技术”之一，在我国不同区域推广应用，将废旧轮胎经过处理直接用于沥青面层铺筑不仅节约沥青材料，还对保护环境降低污染具有重要意义。橡胶改性沥青应用主要偏向于设备、施工等方面，对级配研究较少，且橡胶沥青路用性能的评价指标在国内没有统一的标准。因此，结合郑少高速路面工程的实际情况，本文从级配入手开展传统密级配AC-13C和间断级配WRAC-13C的物理参数和沥青混合料的路用性能研究分析，为后期铺筑橡胶复合改性沥青混合料试验段，制定施工方案，优化施工工艺提供了技术支持。

一、原材料及级配设计

（一）原材料

试验所用的各种原材料分别为：登封碎石(10 mm～20 mm、10 mm～15 mm、5 mm～10 mm、3mm～5mm)，登封石屑（0mm～3mm），新乡矿粉，山东生产的橡胶复合改性沥青（胶粉掺量20%）。对各种原材料的性能指标进行检测均满足规范要求。

（二）级配设计

结合郑少高速的交通量，试验选择AC-13C和WRAC-13C，合成级配曲线如图1所示，马歇尔试验基本参数如表1所示。通过对试验参数分析可知，AC-13C的最佳油石比在4.9%左右，而WRAC-13C的最佳油石比为6.2%，二者相差1.3%，且WRAC-13C的毛体积相对密度、矿料间隙率和稳定度均高于AC-13C，而空隙率小于AC-13C。级配组成显示WRAC-13C的粗集料含量多，矿料间隙率偏大，需要更多的沥青胶浆填充空隙，形成完整的结构。

图1 AC-13C和WRAC-13C的合成级配曲线

表1 不同级配最佳油石比下马歇尔参数

二、高温性能分析

研究采用60℃车辙试验进行高温性能验证，试验结果如图2所示。

图2 不同级配沥青混合料动稳定度试验结果

由图2可知，不同级配的沥青混合料高温抗车辙性能差异较大，WRAC-13C的动稳定度值高于AC-13C，二者相差2630次/mm，说明WRAC-13C的高温抗车辙能力优良，且矿料级配形成的骨架嵌挤结构能够良好地抵抗车轮荷载。对于AC-13C级配呈连续状态，0.075mm以下的集料偏少，整个级配难以形成良好的骨架填充效果，导致高温性能偏低。对郑少高速而言，2019年上半年统计日平均交通量已达近3万辆/日，单车道已达近7000辆/日，居全省前列。采用SBS橡胶复合改性沥青混合料能够显著改善路面的高温抗车辙性能，增强路面抗疲劳损坏。

三、低温抗裂性能分析

低温弯曲破坏试验主要用来评价沥青混合料在低温状态下的抗变形能力，试验结果如图3所示。

图3 最大弯拉应变试验结果

由图3可以看出，级配类型对橡胶沥青混合料低温抗变形能力影响显著，WRAC-13C的最大弯拉应变值大于AC-13C，提高了约7.8%，但二者均能满足规范要求，说明间断级配WRAC-13C低温抗裂性能优于传统密级配AC-13C。两种级配的最佳油石比分别为4.9%和6.2%，WRAC-13C的沥青含量多1.3%，沥青胶浆的组成就高，沥青混合料的黏聚性高于AC-13C，低温条件下的抗断裂能力自然更优良。

四、水稳定性能分析

选择浸水马歇尔和冻融劈裂试验评价沥青混合料的抗水损害能力，试验结果如图4、图5所示。

图4 残留稳定度试验结果

图5 冻融劈裂强度比试验结果

由图4、图5可知，两种不同级配沥青混合料的水稳定性能相接近，这与高温性能、低温性能变化规律不同，WRAC-13C的残留稳定度值与AC-13C相差4%，说明两种级配的沥青混合料水稳定性能相接近，对于抵抗水剥离的能力，WRAC-13C沥青混合料并没有发挥出显著的优势。级配变化对冻融劈裂强度比的影响与残留稳定度相接近，二者相差5%，说明WRAC-C13的抗冻融性能高于AC-13C，但二者均能满足规范要求，这与沥青混合料的空隙率大有关，实测AC-13C沥青混合料的空隙率为4.6%，WRAC-13C为4.4%，吸水饱和后受冻胀作用影响较大，导致稳定度值偏低。

五、结语

随着郑少高速日交通量的持续增加，对其路面的承载能力和路用性能提出了更高的要求，尤其部分路段交通量显著增加，沥青混合料的高温抗车辙能力尤为重要，研究选择高黏、高弹的SBS橡胶复合改性沥青作为上面层用材料对改善路面性能，延长使用寿命具有重要的意义。依据两种不同级配沥青混合料试验结果发现，间断级配WRAC-13的矿料级配范围更窄，对集料的质量要求较高，有利于矿料级配的控制，但最佳沥青用量高于传统级配，需要较多的沥青胶浆填筑内部结构空隙，以此形成稳定的结构。另外，级配类型对橡胶沥青混合料路用性能影响显著，WRAC-13C的高温抗车辙性能、低温抗裂性能显著优于AC-13C，而水稳定性能与AC-13C相接近，说明对低温抗裂性能和高温性能改善效果最显著，对水稳定性能改善效果一般。