1、浅谈橡胶沥青应力吸收层对防治反射裂缝的应用摘要: 该文在分析橡胶沥青应力吸收层功能和作用的基础上，为了分析橡胶沥青应力吸收层抗反射裂缝的效果,探讨了水泥混凝土路面结构加铺沥青层的抗反射裂缝的试验方法和试验条件,并通过多组试验研究了橡胶沥青应力吸收层对加铺结构抗裂性能的应用。 关键词: 橡胶沥青 ; 反射裂缝; 应力吸收层; Superpave 设计; 抗疲劳性能 中图分类号： O434 文献标识码： A 随着社会经济的发展和人民对基础设施要求的提高，人们对于有平整度好、振动小、噪声低、行车舒适和养护维修方便等众多优点的沥青路面越来越看重。但是由于一些道路病害的存在使沥青路面的使用寿命大大减少，
2、其中反射裂缝是沥青路面的主要病害之一。反射裂缝的成因主要有以下方面：（1）沥青面层下的半刚性基层材料会产生干缩裂缝、温缩裂缝，这些裂缝进一步向上发展，在沥青面层形成反射裂缝。 （2）旧沥青路面上加铺新沥青，但原旧路沥青面层的纵向裂缝、横向裂缝、网裂等病害未处理好，在沥青面层形成反射裂缝（3）旧混凝土路面上加铺沥青层，在水泥混凝土板接缝以及路面板开裂处，加铺层容易产生反射裂缝。 为解决反射裂缝问题，国内外道路工程界对防治反射裂缝的研究一直十分活跃，通过对路面结构的力学分析认为，设置应力吸收层可显著改善沥青层内的力学状况，缓解和阻止沥青面层反射裂缝的产生，延长沥青加铺层的使用寿命。在应力吸收层中橡
3、胶沥青具有较高的高温稳定性、抗疲劳性、低温柔性、和抗水损性能，因此抗车辙和反射裂缝能力较强。本文主要通过实验对橡胶沥青各种物理属性的分析，从而得出橡胶沥青应力吸收层对防治反射裂缝的良好效果。 1 橡胶沥青应力吸收层混合料设计 级配类型是影响应力吸收层混合料性能的关键影响因素之一, 在其他条件一定的情况下, 间断级配、AC 类级配兼顾了耐疲劳、常温抗拉、低温大变形等性能, 并且较经济,在实际应用中应尽可能优先选择. 但是, 实际工程中由于原材料限制, 推荐级配往往无法实现, 因此需要根据实际情况进行有针对性的调配. 1.1 原材料 橡胶沥青. 沥青采用掺加了特殊改性剂的橡胶沥青, 同时出了 SB
4、S改性沥青、欢喜岭 90#基质沥青及科氏沥青的指标参数作为比较. 橡胶沥青的粘度约为 SBS 改性沥青的 100 倍, 表征该种沥青具有较好的高温抗流变性; 同时 , 较低的温度敏感性 ( PI 2 29)、当量脆点( - 416 )及较高的当量软化点( 564 ) , 说明该种沥青兼顾了高低温性能,适合我国大部分地区使用; 弹性恢复与 SBS 改性沥青相当, 说明其具有较强恢复变形的能力。 1.2 混合料设计 改进的 Superpave 设计方法橡胶沥青应力吸收层在使用过程中主要起两方面作用: 其一是通过大变形消散裂缝尖端应力集中, 延缓反射裂缝的发生; 其二是密封不透水, 截断道路使用后期
5、沥青面层开裂之后地表水的下渗通道. 由应力吸收层大变形、不透水、结构层厚度小的特点, 决定了这种材料是一种沥青含量大、空隙率小、级配细的砂粒式沥青混合料, 传统马歇尔设计方法已不适用.体积参数指标(特别是空隙率)与沥青混合料性能之间具有很好的相关性, 故采用体积设计法取而代之用作应力吸收层混合料设计, 并对传统 Superpave 设计方法进行了改进: 级配设计及性能试验中, 试件尺寸: 直径 100 mm, 高度 635 13mm. 改进后的试件尺寸较传统 Superpave 方法所用试件偏小, 一方面能适于应力吸收层厚度较小的特点, 另一方面与我国目前规范中的马歇尔试样尺寸相同, 便于比较
6、分析; 设计旋转压实次数 50 次. 与传统的Superpave 设计方法中旋转压实次数根据交通量确定的思想不同, 既适应应力吸收层易于压实的特点, 同时也简化了设计过程; 设计空隙率05% 3 0% . 控制应变 200010- 6 条件下, SHRP M - 009 梁试件疲劳寿命 10 万次对应的上限空隙率约 30%; 常温间接拉伸试验极限抗拉强度对应的下限空隙率约 05% 9 ;矿料间隙率要求 20% . 较传统的 Superpave 方法值偏大, 适应应力吸收层沥青含量大的特点, 为结合料提供足够的填充空间; 沥青填隙率 85 98% ; 粉胶比 05 16。 2 路用性能评价 2.
7、1 疲劳性能 采用 SHRP 推荐的四点弯曲疲劳试验方法(AASHTO T321- 03) , 梁试件尺寸为 385 mm 65mm 50mm, 应变控制模式 , 施加的荷载频率为10 Hz 连续正弦波, 应变水平为 200010- 6, 试验温度 20 . 应变控制模式下试件没有明显的破坏现象, 一般人为将试件劲度下降到初始劲度一半作为疲劳破坏准则, 此时重复荷载的作用次数即为疲劳寿命. 根据应变-位移- 应力- 荷载之间的相关关系, 模量减小到初始模量一半时, 对应的荷载理论上也减小到初始荷载的一半 9 , 据此, 可以很方便的判断试件是否已经发生疲劳破坏. 试验所绘跨中力变化曲线如图 1
8、 所示. 图 1 跨中荷载随时间衰减图 由图 1 看出, 跨中荷载在加载初期(约 1m in)迅速减小, 从 0715 kN 减小为 0556 kN, 降幅达 222% ; 随加载次数的增加, 跨中荷载逐渐趋于平稳, 降低速率很小, 从 0556 kN 到 0358 kN 经历了近1150m in; 后期跨中荷载减小加速. 选择三种典型的沥青混合料与之进行疲劳性能对比, 分别为美国 STRATA 应力吸收层材料、胶结料为 SBS 改性沥青的 SMA 10、复合改性沥青(特立尼达湖沥青+ SBS 改性沥青)为胶结料的浇注式沥青混凝土, 后者在大跨径桥梁桥面铺装层结构中有较多应用,橡胶沥青应力吸收
9、层混合料疲劳寿命( 500000 次) 较其他三种类型沥青混合料的疲劳寿命长很多, 说明这种材料耐疲劳性能最佳. 2.2 低温变形能力 以往的国产沥青在高温时尚具有较大的变形能力, 然而随温度的降低, 沥青变硬脆失去变形能力, 因而大应变吸收应力集中的作用显著降低甚至完全丧失. 在北方寒冷地区, 要求这种新型高粘性沥青应力吸收层在低温下仍能保持较大的变形能力及消散温度应力的能力, 以保证低温下仍保持良好的防反射裂缝效果. 低温性能评价采用小梁弯曲试验, 试验温度选为- 10, 加载速率 50mm /m in。 由上所说, 低温条件下 , 橡胶沥青应力吸收层材料与 SBS 改性沥青类似级配材料相
10、比, 抗拉强度 164MPa 129MPa, 说明低温极限抗拉强度有很大改善; 抗弯拉应变 122386 10- 637278 10- 6, 说明低温变形能力很强, 能够通过大变形消散应力集中而不开裂,保证了在寒冷气候条件下也能正常的发挥吸收应力的作用, 以防治反射裂缝的发生. 2.3 高温稳定性能 车辙试验, 采用橡胶沥青 I 为结合料的 D 级配应力吸收层混合料动稳定度为 829 次/mm.分析结果, 发现这个结果是在所用集料中 475mm粒径部分很小的情况下得出的, 如能适当提高 475mm 粒径部分的含量, 使混合料结构内部形成骨架支撑, 所得的动稳定度将会有明显提高. 另外, 研究表
11、明车辙往往多发生在中、上面层, 由于应力吸收层处的层位较深, 荷载传来的力较小, 并且吸收层本身厚度较薄, 夏季高温时由此产生的路面累计车辙变形的可能性很小. 3 早期观测 第一个冬季连续降温之后对试验路进行了观测, 铺筑橡胶沥青应力吸收层的路段路况良好,路表没有任何变形、裂缝, 没有加铺橡胶沥青应力吸收层的路段则出现了较多的、且有一定宽度的较严重裂缝, 每百米裂缝率约为 23 条. 说明应力吸收层在道路建成初期具有很好防止反射裂缝发生的功效. 4 长期观测 试验路铺筑通车一年多, 再次对试验路进行了路况调查. 为翔实反映橡胶沥青应力吸收层防治反射裂缝的效果, 调查包括了试验路段、试验路相邻路
12、段及远离试验路段, 结果显示三段的每百米裂缝率分别为: 16、78、61 条. 调查结果显示, 铺筑橡胶沥青应力吸收层的路段在经过一年运营之后虽然出现了裂缝, 但裂缝数量远远小于其他两个对比路段, 如图 2, 3. 由此可见 , 橡胶沥青应力吸收层预防反射裂缝的效果非常显著. 此外, 试验路段没有反油等其他病害。 图 2 试验路段 图 3 远离试验路段 4 结语 橡胶沥青是一种具有较高粘度、较大低温延度及较强的弹性恢复能力的新型材料, 由其作结合料并选取合理级配, 采用改进的 Superpave体积设计法设计的应力吸收层材料有很好的抗疲劳性能、低温变形能力以及常温变形能力; 橡胶沥青应力吸收层由于具有很好的低温变形能力和抗疲劳性能, 具有良好的防治反射裂缝的能力。 参考文献: 1 石昆磊.沥青应力吸收层防治沥青路面反射裂缝的研究 D . 哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2006. 2 朱梦良, 王民 , 邱鑫贵. 空隙率对沥青混合料性能的影响分析 J. 长沙交通学院学报, 2005, 21( 3): 25- 31.
