复合橡胶改性沥青路面长期性能调查研究

孙 杰 李自齐

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

甘肃省河西地区涉及的行政区域有酒泉市、嘉峪关市、张掖市、金昌市及武威市，面积约占全国的15%。河西地区属于大陆性干旱气候，日照强烈，昼夜温差大，降雨稀少，冬季寒冷，夏季高温。根据历年路况跟踪调查，裂缝是河西地区半刚性基层沥青路面各类病害中最典型、最早出现的病害。裂缝是由荷载、温度、水分、材料等多因素耦合作用下产生的。河西地区温度的反复变化使得沥青路面产生应力疲劳，加之日照强烈使沥青容易老化等因素，使得沥青路面的应力松弛性能降低，最终导致沥青路面产生裂缝。此外，半刚性基层的干缩开裂也是引起这种反射裂缝的主要原因。复合橡胶改性沥青具有高低温性能优、抗老化性能优的特点；同时，该沥青可实现废旧轮胎的资源化再利用，可较好地满足绿色公路建设的需要。

针对甘肃河西地区沥青路面在高温差条件下易产生疲劳和反射裂缝等问题，养护单位在养护维修工程中使用了ARHM-13W复合橡胶改性沥青混凝土罩面[1-7]技术，效果良好。本文结合公路技术状况评定方法对其应用效果进行调查分析。

1 复合橡胶改性沥青应用特点

橡胶沥青的应用有利于降低工程造价，提高路面性能，实现环境保护和资源的再生利用，但橡胶沥青中胶粉掺量大，一般在20%~30%左右，胶粉在基质沥青中无法充分分散溶解，致使橡胶沥青存在黏度大、储存稳定性差的缺点。在橡胶沥青中掺加2.0%左右的SBS改性剂，可显著提高路用沥青的高低温性能和力学性能，以改善路面使用效果，达到延长使用寿命的目的。

2 工程概况

2.1 道路现状

甘肃河西地区该高速公路于2005年开工，2007年建成通车。运营前期交通量较少，路面病害还未突显出来。但随着我国经济的高速增长，交通量逐渐增大，特别是过境车辆大量增加，重车、超载车辆比例大幅度增长，大面积诱发路面裂缝等病害，路面行驶质量大幅度降低。温缩裂缝和基层反射裂缝是该地区主要路面裂缝形式。

由于河西地区温差大，温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使得沥青混合料的极限拉伸应变变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。从温度膨胀系数分析，沥青面层大于半刚性基层，由于外露受气温和风速影响较大，因而在同一地段同一时间沥青面层温缩应力大于基层，这也是温缩裂缝产生的主要原因。温缩裂缝主要为横向裂缝和少量纵向裂缝。

此外，路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起沥青结构承受车轮荷载的反复弯曲作用，结构层底面产生拉应变（或拉应力）值超过疲劳强度时，底部便开裂，并逐渐向表面发展。这种开裂开始大都是形成细而短的横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。

该高速公路原设计路面结构为沥青混凝土路面，具体路面结构为：（5+7）cm沥青路面+50/55cm水泥稳定砂砾基层。

2.2 养护工程维修方案

针对现有路面严重的裂缝病害，采用铣刨路面5cm，局部病害处治后铺筑5cm SBS复合橡胶改性沥青混凝土ARHM-13W的方案，下设橡胶沥青碎石封层。橡胶沥青中胶粉添加计量控制在沥青重量的20%~30%（外掺），沥青混合料面层用橡胶沥青掺加2.0%SBS改性剂。

断级配复合橡胶改性沥青混合料（ARHW-13W）均采用SMA级配构成原理设计。实验室配合比设计采用马歇尔击实成型数据，适量添加矿粉作为填料，级配采用较多粗集料形成骨架嵌挤结构，通过橡胶沥青、矿粉及部分细集料形成的玛蹄脂填充粗集料空隙，从而形成更好的抗车辙能力，同时采用较高用量的橡胶沥青，其抗疲劳性能、变形适应能力等也会有很大程度提高。

2.3 复合橡胶改性沥青铺筑

河西地区该高速路实施5cm SBS复合橡胶改性沥青混凝土ARHM-13W路段及时间统计见表1。

表1 ARHW-13W路段实施历史统计

以上路段在实施养护之前路面主要以横向裂缝病害为主，局部路段存在轮迹带裂缝、行车道修补病害，路面平整度整体较差。2015年实施的SBS复合橡胶改性沥青混凝土材料与2014年相同，仅进行了设备的改造和混合料级配的调整。

3 橡胶沥青路面长期性能调查与评价

3.1 2014年实施ARHW-13W路段性能调查与评价

（1）路面现状（见图1）。该路段沿线主要以原路面反射裂缝（原路面裂缝处治效果较差）及小于1cm车辙病害为主，局部路段车辙、裂缝病害较为集中，多分布于陡坡、弯道路段。

图1 2014年养护后路面现状（调查于2021年）

（2）检测数据分析。该段维修后历年养护数据变化情况见图2。

图2 2014年养护路面历年检测数据统计

2014 年实施的5cm SBS 复合橡胶改性沥青混凝土ARHM-13W罩面路段，有效抑制了裂缝类病害的发展，对综合路用性能提升明显，2015~2018年路面破损率指标PCI整体较高，且保持相对稳定，其平均值为98.2，到2019年开始出现明显衰减，衰减率为6%，之后趋于平稳，主要原因为局部路段出现反射裂缝。PQI指标整体较稳定，年平均衰减率为0.4%，2017年PQI指标出现明显衰减，主要是由于局部上坡路段行车道车辙病害严重，管养单位对隆起进行了铣刨处治。

3.2 2015年实施ARHW-13W路段性能调查与评价

（1）路面现状（见图3）。

图3 2015年养护后路面现状（调查于2021年）

该路段主要以横向裂缝病害为主（裂缝宽度平均≤2mm），部分路段存在小于1cm车辙病害，同时沿线局部行车道横向贯通裂缝向唧浆病害发展，通过近年日常小修保养呈连片修补病害。

（2）检测数据分析。

该段维修后历年养护数据变化情况见图4。

图4 2015年养护路面历年检测数据统计

2015 年实施5cm SBS 复合橡胶改性沥青混凝土ARHM-13W罩面工程有效抑制了裂缝类病害的发展，对综合路用性能提升明显，2016~2020年路面破损率指标PCI整体较高，且保持相对稳定，其平均值为97.2，到2019年开始出现明显衰减，主要原因为局部路段出现反射裂缝。

4 结束语

通过对SBS复合橡胶改性沥青混凝土路面长期性能调查与评价，得出如下结论：

（1）2014年实施的SBS复合橡胶改性沥青混凝土罩面路段后期普遍出现了车辙病害，通过不断积累经验，设备改造，混合料级配调整，2015年铺筑的SBS复合橡胶改性沥青混凝土罩面整体使用效果良好，特别是对于裂缝的抑制作用明显，截止2020年底，除部分路段存在少量横向反射裂缝及轻度车辙外，再无其它明显路面病害。

（2）2015年实施罩面路段PQI检测指标（2020年检测数据）为93.1，从检测数据及衰减趋势来看，预计使用年限可达6~8年，达到设计预期。