橡胶沥青应力吸收层在339省道太仓段路面改善工程中的应运
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摘要: 分析339省道太浏段路面养护改善的的必要性、路面养护改善方案的设计、比选，橡胶沥青应力吸收层的应运。
关键词: 339省道太浏段养护改善工程方案设计；橡胶沥青应力吸收层、应运
中图分类号：C35文献标识码： A
1.工程概况
339省道太仓段路面改善工程共分两段,其中太浏段东起沪浮璜公路（S338）浏河大转盘,途经浏河、陆渡，止于太仓市区，该段长11.61KM，双向四车道，路基全宽28米，设计车速100km/h,路面结构为老路水泥混凝土路面上补强沥青混凝土面层，昆太段东起204国道，西至昆山交界，该段长3.06KM，双向四车道，路基全宽25.5m，设计车速80km/h，路面结构为老路沥青混凝土路面上加铺沥青混凝土面层。该工程自2009年3月初开始施工，至2009年9月底竣工通车。
1.1 路面养护改善的必要性
339省道太浏段建成于1996年，原道路按平原微丘区一级公路标准设计，双向四车道，全线为水泥混凝土面层,路面结构形式为：水泥混凝土板块+25cm二灰碎石+15cm 12%石灰土+15cm 8%石灰土。
339省道建成通车后，在其后的一段时间内，没有进行过较大的路面养护改善工作。在多年的使用中，339省道便捷的沟通太仓港区、浏河镇和204国道等重要的国省干线公路，交汇太仓市域南北多条重要交通通道，成为太仓市域东西向的交通主干道，为太仓港区的迅速发展，为太仓市的经济振兴发挥了巨大的作用。
随着太仓经济的发展，太仓港在战略地位上得到了很大的提高，国家、江苏省明确要求要把太仓港建设成为上海国际航运中心北翼集装箱干线港、江苏第一外贸大港。根据《太仓市城市总体规划（2010-2030）》，2030年，太仓市域将形成“双城、三片”的空间布局形式。“双城”即主城、港城，“三片”即沙溪片区、浏河片区和璜泾片区，同时根据《太仓市公路水路网规划修编(2010-2030) 》，339省道太浏段是太仓市交通骨架网“七纵、八横、九连接”的重要组成部分，为进一步发挥339省道疏港交通的重要作用，构建一个更加高效快捷的疏港公路体系，促进浏河片区的经济发展，改善投资环境，迫切需要改善现有道路的通行条件，切实提高道路的通行能力、服务水平。
2.路面养护改善方案
2.1 路面使用状况的调查
对道路沿线混凝土路面进行了现场勘查，从行车道水泥板路面破损情况看其使用状况较好，但也有局部段落出现断板、断脚、破碎板、接缝损坏等病害。总体评价设计路段的路面破损状况采用人工现场调查的方法进行统计，主要调查路面断板、断脚、破碎板、接缝损坏等病害类型的破损程度、发展状况、位置等，调查人员给每块板编号并详细记录了每块板的病害情况。
水泥路面强度及承载能力评价主要通过水泥路面板块板中弯沉测试以及取芯进行。对于水泥混凝土路面的整体承载能力，目前对板中的弯沉数值大小没有具体的衡量标准，主要是在刚性路面上，弯沉不是反应整体承载能力的良好指标，目前仅作为一个参考。为了有效的评价当前的水泥混凝土路面板的强度，并分析水泥板以下基层的状况，从而对339太浏段水泥混凝土路面有一个直观的认识，进行了钻孔取芯。
2.2 路面养护改善方案的设计、比选
大量工程实践表明：水泥混凝土路面加铺改造的核心问题是原水泥路面的处理和加铺层结构的设计，其中原水泥混凝土路面的主要处理依据为水泥板破损情况及板底脱空状况。加铺层结构设计主要由当地的气候、交通、经济条和项目投资等条件决定。
通过对水泥路面板块的钻芯取样，现有水泥混凝土表面尚完好，但弯沉大都在30～40（0.01mm）左右，路面总体强度一般。
对于城镇区域外道路的补强，为避免沥青路面在今后的使用过程中出现反射裂缝，在具备调整纵段设计可补强水稳的情况下，本工程优化纵段线形，根据损坏情况及弯沉值事先处理好原有水泥板块，设置>15cm的水泥稳定碎石作为隔离层，后加铺沥青面层。
4cm细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）
SBS改性沥青粘层
8cm中粒式沥青混凝土（AC-20C）
热喷SBS改性沥青下封层
PC-2慢裂乳化沥青透层
≥15cm水泥稳定碎石
板块处理：视损坏、弯沉情况凿除重浇、压密注浆
陆渡镇区域沿线企业、门面房较多，标高受限制不具备条件补强水稳，同时为尝试中间层在水泥路面白改黑中的应运，同时确保工程质量，针对项目特点，沿线情况及水泥板破损情况，对太浏段路面养护改善采用了如下几个方案选择中间层的类型。
中间层可以分成两种类型，第一种是高模量的夹层，比如说采用玻纤格栅、玻纤布等，这种类型的材料通常模量比较高，抗拉强度高，加铺在罩面上，来提高面层的抗拉强度，可以起到一定延缓反射裂缝的作用。另外一种类型，是采用低模量的夹层，这种材料的特点是比较柔软，变性能力很强，即使在较大的变性下仍然不会开裂，可以将水泥板产生的位移，在这一层消散掉，裂缝就不会向加铺层上反射。这种方法在国外应用也比较多，通常称为应力吸收薄膜夹层(SAMI)。
不同的材料对提高抗反射能力有不同的效果。专家用诺丁汉沥青混合料试验机来评价集中夹层材料的抗裂性能，采用切口的复合梁试件做四点弯曲疲劳试验，评价发现：土工布对抗反射裂缝的效果不明显。因为土工布材料厚度比较薄，通常只有1~2mm，抗拉强度比较低，这种材料用了之后，水泥混凝土板块产生位移的时候，很容易将土工布拉伸，土工布的变形能力要强于沥青混凝土面层，所以土工布可以跟着板块变形。但是上面的沥青层却不行，很容易开裂。另外土工布的厚度又比较薄，不能消除接缝处应力集中的现象，因此土工布的防反射裂纹效果不是很明显。
玻璃纤维格栅有一定的防反射裂纹效果，可以延长20%的疲劳寿命。玻璃纤维的模量很高，断裂伸张率低，当板块产生运动的时候，对沥青加铺层可以起到一个加固的作用，提高面层的抗拉强度，所以有一定的延缓反射裂缝的能力。
橡胶沥青SAMI层比较柔软，变性能力很强，能预防沥青路面反射裂缝来延缓水泥路面反射裂缝，除预防沥青路面反射裂缝外，也是一个良好的防水层，首先，完全可以防止雨水的向下渗透，对下面结构层起到保护作用。其次，在摊铺沥青混合料面层时，橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次熔化，经路面压实后会充分填充面层混合料底部的缝隙，可解决防止水渗透问题，从而排除层间存水的可能。
表1 中间夹层类型比选表
项目 橡胶沥青应力吸收层 玻纤网
特点 比较柔软，变性能力很强，除预防沥青路面反射裂缝外，也是一个良好的防水层 不能消除接缝处应力集中的现象，防反射裂纹效果不是很明显。
建安费
（元/m2） 22 18.5
比较结果 采用橡胶沥青应力吸收层防止反射裂纹
通过方案比选，采用橡胶沥青应力吸收层作为中间层补强水泥面板，339省道太浏线陆渡镇区段道路补强方案如下：
4cm细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）
SBS改性沥青粘层
8cm中粒式沥青混凝土（AC-20C）
1cm橡胶沥青应力吸收层
水泥板块处理
3.橡胶沥青应力吸收层在太浏段路面改善工程中的应运
3.1 应力吸收层定义
将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式的路面即为橡胶沥青应力吸收层。应力吸收层(SAMI)主要铺筑于半刚性基层与沥青路面之间或者水泥混凝土路面与沥青路面之间的，具有高变形能力的改性沥青层，它能够吸收裂缝部位的应力集中，防止沥青路面形成反射裂缝，同时橡胶沥青用量较大（2.3kg/m2），在路面上会形成约3mm厚度的沥青膜，完全可以防止雨水的向下渗透，对路基起到保护作用。其次，在上面摊铺沥青混合料时，橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次熔化，经路面压实后会充分填充其面层混合料底部的缝隙，从而排除了层间存水的可能，起到防止水损坏的作用。
图1 应力吸收层结构示意图
图2 应力吸收层结构示意图
3.2 橡胶沥青应力吸收层(SAMI)性能
橡胶沥青应力吸收层SAMI由单一粒径的集料和橡胶沥青组成，采用洒布施工。其中沥青用量较高，是利用橡胶沥青较强的柔韧性和抗疲劳性能好的优点来解决沥青路面反射裂缝问题。国外研究表明，・应力吸收层对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显地减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝产生的目的。
3.3 设计参数
3.3.1 原材料
要注意橡胶粉和基质沥青的质量，应从源头抓起，对不合格的材料，不准运进生产现场。
（1）基质沥青
基质沥青采用优质道路石油沥青，标号为70号A级，其各项技术指标应满足施工设计指导意见要求。
（2）橡胶粉
① 胶粉规格应满足下表要求，橡胶粉筛分应采用水筛法进行。橡胶粉密度为1.150.05 g/cm3，应无铁丝或其他杂质，纤维比例不超过0.5%，一般应含有橡胶粉重量4%的碳酸钙，以防止胶粉颗粒相互粘结。进厂的橡胶粉应提供质量保证书，质保书应说明橡胶粉规格、加工方式、加工的废旧轮胎类型，还应说明橡胶粉的储存方式。
图3 橡胶粉与沥青反应过程示意图
表2 橡胶粉化学技术指标
检测项目 灰分≤% 橡胶烃含量≥% 丙酮抽出物≤% 炭黑含量≥%
技术标准 8 42 22 28
② 堆放胶粉的地坪必须硬化，并具有良好的排水和遮雨系统，避免材料被污染和潮湿。
（3）碎石（集料）：9.5～13.2mm
碎石要求清洁无灰尘、无泥巴、干燥，洒铺前要提前运到施工现场，并做好防尘、防雨准备；可根据要求进行预裹覆。
① 用玄武岩不用清洗
② 用石灰岩要经过清洗
3.3.2 橡胶沥青生产
橡胶粉掺量：18%
黏度：（177℃）：1.5-3.0Pa.s
表3橡胶沥青的技术指标
项目 指标
177℃旋转黏度（Pa.s） 1.0-4.0
25℃针入度（0.1mm） ≥25
软化点（℃） ≥54
弹性恢复（%） ≥60
5℃延度（cm） >10
3.3.3 应力吸收层施工
橡胶沥青洒铺量：2.4kg/ m2
碎石洒铺量：14±2kg/m2
3.4 生产工艺
将橡胶粉及基质沥青（160℃）输送至生产设备的高速剪切搅拌器拌合，再输送到反应罐内并进行快速升温至190℃，在反应罐内进行至少45分钟的反应。
图4 生产工艺示意图
3.3.1生产工艺过程的要求和控制
（1）温度的控制
生产过程中沥青温度的保持非常重要，根据橡胶沥青的性能要求和工程经验，生产过程中，打进的基质沥青要求温度160~170℃，基质沥青和橡胶粉混合搅拌均匀打进预拌罐后要求快速升温到180～190℃之间进行充分熔胀反应一个小时，然后保持温度供使用，每天剩余橡胶沥青或者由于其它原因导致生产出来的橡胶沥青不被用掉必须进行保温，以供再次使用，但是只能二次升温，控制过程中要特别注意，不准为了省事反复把温度升到需要温度后自然下降，在再次升温使用时，在温度还不能达到可以搅拌的状态下，加热的温度不可以高于190℃，可以搅拌后，在搅拌的状态下可以升高加热温度。
（2）时间的控制
根据橡胶沥青性能要求，现场生产出来的橡胶沥青一般在2~3个小时的期间内性能达到最好，尽可能在4个小时内用完。不能在正常时间用完的情况下必须按要求注意控制各种影响的因素。
（3）计量的控制计
量的准确是直接影响产品的质量，必须保证配合比的准确性。
（4）搅拌的控制
在升温过程中，由于导热油或者燃烧机的管道温度较高，已经超出橡胶沥青的要求温度，搅拌必须不停的搅拌。一般情况下不准停止搅拌。
3.3.2 橡胶沥青应力吸收层施工工艺
成品橡胶沥青经管道泵送到沥青洒布车，之前洒布车应预热约2个小时；橡胶沥青泵送后要求在洒布车中加温至200℃以利于洒布；因橡胶沥青粘度较大，普通的沥青洒布车容易出现孔洞堵塞和洒布不均匀现象，因此，橡胶沥青的洒布需采用专业进口的洒布设备，集料洒布可采用国内目前已有的集料洒布车，最好采用碎石同步封层车。橡胶沥青应力吸收层(SAMI)的施工流程与改性乳化沥青下封层施工流程基本相同，大致的施工工艺如下：
（1）施工前应进行基层的清扫、吹尘和清洗
① 水泥混凝土路面：首先对原水泥混凝土路面进行拉毛，对多处横向或纵向断裂的水泥板块进行换板处理，对宽度在3mm以上的裂缝进行清缝填缝处理，然后人工用竹扫帚将基层表面进行全面清扫，再用2～3台森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰吹净，最后用水冲洗，直至清除基层表面浮灰和泥浆。
② 半刚性水稳层基层：先用路面清刷机对半刚性水稳基层的水泥包块等进行清刷，然后人工用竹扫帚将基层表面进行全面清扫，再用2～3台森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰尽可能吹净（因半刚性水稳层的浮尘不可能吹净，也不适宜用水冲洗），最后喷洒0.3kg/m²的浮化沥青透油层，以粘住表面的浮尘和泥浆，增强橡胶沥青与基层的粘结性能。
（2）在洒布橡胶沥青前，应注意检查：
① 空气温度和地面温度都不得低于15℃；
② 下承层必须干燥，路缘石防护良好；
③ 风速不影响橡胶沥青洒布效果；
④ 需用的设备进入待命状态，包括橡胶沥青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机。
（3）橡胶沥青洒布
① 推荐橡胶沥青洒布量采用2~2.4kg/m2，采用预裹附的集料时，沥青用量可适当减少；
② 纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm左右；
③ 撒铺碎石前禁止任何车辆、行人通过橡胶沥青层。
（4）撒铺碎石
喷洒橡胶沥青后应立即撒铺碎石，碎石撒铺量推荐采用14±2kg/m2，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为标准，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足。
（5）碾压
采用25T以上的胶轮压路机进行压实。碎石撒铺后应立即进行碾压作业，两台胶轮压路机应同时呈梯队式进行碾压，紧跟碎石撒铺车。碾压遍数为3遍。
图5 碾压好的橡胶沥青应力吸收层
4.结束语
通过对339省道太仓段路面改善工程橡胶沥青应力吸收层施工段落钻芯取样检测发现沥青下面层与应力吸收层粘结紧密。通过 2009年10月工程建成后几年来定时不定时的路面状况检查，发现太浏线采用应力吸收层的施工段落水泥板块的反射裂缝得到了有效控制，取得了良好效果。作为建设单位，我们将继续对路面使用状况监测，合理推进新工艺新材料在工程中应运，积极积累工程建设中经验，进一步提高高等级公路的质量管理水平。
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