沥青混凝土路面对比试验路段车辙与裂缝观测结果的分析
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【摘要】本文基于AH-AC沥青混凝土路面、SBS-AC沥青混凝土路面和AR-AC沥青混凝土路面三种对比试验路段观测的结果，阐述了废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面抗车辙性能和抗反射裂缝性能明显优于普通沥青混凝土路面和SBS改性沥青混凝土路面的原因。
【关键词】沥青；SBS改性沥青；废胎胶粉橡胶沥青；混凝土路面；抗车辙性能；抗反射裂缝性能。
【Abstract】Based on the observation results of three comparative test sections of AH-AC asphalt concrete， SBS-AC and AR-AC asphalt concrete pavement， Which is better than that of ordinary asphalt concrete pavement and SBS modified asphalt concrete pavement.
【Key words】Asphalt；SBS modified asphalt；Waste rubber powder asphalt rubber；Concrete pavement；Anti-rutting performance；Anti-reflective cracking performance.
1. 前言
（1）按照沥青路面的结构特征，其分为三种--骨架空隙型结构路面、悬浮密实型结构路面和密实骨架型结构路面，其中悬浮密实型结构路面应用最多，它的典型代表就是沥青混凝土路面。按照沥青路面所用结合料的不同，其分为普通沥青混凝土路面（AH-AC）和改性沥青混凝土路面，常用的为SBS改性沥青混凝土路面（SBS-AC）。
（2）我国已建成的高速公路及普通公路绝大部分是沥青路面。由于车辆严重超载超限、大交通量、渠化行车以及高温天气等因素的影响，导致车辙已成为沥青路面的主要病害之一，据统计80%的沥青路面出现不同程度的车辙。实践证明，SBS改性沥青混凝土路面也经常出现车辙。
（3）目前，我国废旧轮胎已造成严重的环境污染并且持续加重，利用废胎胶粉筑路，技术上可行，质量可以保证，废胎胶粉使用量大，并且废旧轮胎利用率高，为废旧轮胎的再利用找到了很好的途径。因此，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面（AR-AC）的应用日益增多并且增速很快。
2. 对比试验路段情况
（1）对比试验路段选在G311鲁山境山区，是砂石运输通道，超载超限严重，交通量大，导致车辙、裂缝等早期病害频发，道路宽7m，于2006年修为砂砾石水泥混凝土路面，5m切一道缝，2012年10月上旬做"白改黑"对比试验路段工程，旧路病害按照规范要求进行了处理，旧水泥混凝土路面切、接缝处贴50cm宽土工布，洒布0.3Kg/M2SBR改性乳化沥青后做三种对比试验沥青混凝土路面，如表1所示。
（2）除结合料外，三种试验路段所用材质与规格相同。普通道路石油沥青标号为AH-70#A，SBS改性沥青的改性剂含量为5%，废胎胶粉橡胶沥青的胶粉含量为20%（外掺）。
AC-10沥青混凝土路面集料级配及油石比如表2所示。
AC-16沥青混凝土路面集料级配及油石比如表3所示。
3.1对比试验路段观测结果如表4所示。
3.2从表4可以看出：
（1）普通沥青混凝土路面和SBS改性沥青混凝土路面经历第一个夏季就产生了车辙，在经历第二个和第三个夏季时车辙还会加深，只是SBS改性沥青混凝土路面产生的车辙相比普通沥青混凝土路面较浅而已，而废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面经历了三个夏季仍然没有出现车辙。三者相比，抗车辙性能废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面最好，SBS改性沥青混凝土路面次之，普通沥青混凝土路面最差。其中废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗车辙性能较其它两者要好很多，SBS改性沥青混凝土路面的抗车辙性能较普通沥青混凝土路面好，但差别不太大；
（2）普通沥青混凝土路面经历第一个冬季就产生了20条裂缝（对应20条旧水泥混凝土路面切缝处），反射裂缝产生率达100%。SBS改性沥青混凝土路面经历第一个冬季就产生了13条裂缝，反射裂缝产生率达65%，经历第二个冬季后反射裂缝产生率达100%。废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面经历了三个冬季仍然没有产生反射裂缝。三者相比，抗反射裂缝性能废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面最好，SBS改性沥青混凝土路面次之，普通沥青混凝土路面最差。其中废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗反射裂缝性能较其它两者要好很多，SBS改性沥青混凝土路面的抗反射裂缝性能较普通沥青混凝土路面好，但差别不太大。
4. 对比试验路段车辙与裂缝观测结果的分析
废胎胶粉橡胶沥青是把废胎胶粉掺入基质沥青中经过溶胀、网络填充、交联或者降解等作用制得的改性沥青，它应用于道路路面具有如下特点：
4.1软化点高，粘度大。
（1）试验路段所用结合料的软化点如表5所示。
（2）从表5可以看出，SBS改性沥青和废胎胶粉橡胶沥青的软化点都比普通道路石油沥青高得多，但是SBS改性沥青的软化点相对于夏季沥青路面温度还是低，而废胎胶粉橡胶沥青的软化点可能是高于夏季沥青路面温度。因此，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面经历了三个夏季仍然没有出现车辙，而普通沥青混凝土路面和SBS改性沥青混凝土路面经历第一个夏季就产生了车辙，并且在经历第二个和第三个夏季时车辙还会加深。
试验路段所用结合料的粘度如表6所示。
（3）粘度是沥青的力学指标，粘度的大小反映沥青在发生流动时内部分子间摩擦阻力的大小，也就是常说的粘聚力的大小，在外部表现为沥青抵抗流动的能力。
（4）沥青路面的抗剪强度是由集料的摩擦力和结合料的粘聚力构成的，粘度越大，粘聚力越大，则沥青路面抗车辙的能力就越强。
（5）从表6可以看出，SBS改性沥青180℃旋转粘度是普通道路石油沥青的3.2倍，废胎胶粉橡胶沥青180℃旋转粘度是SBS改性沥青的6.1倍，是普通道路石油沥青的19.4倍。因此，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗车辙性能要比SBS改性沥青混凝土路面和普通沥青混凝土路面好得多，所以普通沥青混凝土路面和SBS改性沥青混凝土路面经历第一个夏季就会产生车辙，在经历第二个和第三个夏季时车辙还会加深，只是SBS改性沥青混凝土路面产生的车辙相比普通沥青混凝土路面较浅而已，而废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面经历了三个夏季仍然没有出现车辙。
4.2废胎胶粉橡胶沥青中的废胎胶粉是以颗粒状态存在的。
（1）橡胶粉颗粒加入废胎胶粉改性沥青可形成加劲结构：橡胶颗粒三维随机分布， 构成连续相，橡胶颗粒间靠凝胶膜连接，节点粘结效力依赖于温度溶胀后的橡胶粉之间没有强的化学链接，废胎胶粉改性沥青内部不形成整体性的网络加劲结构。
（2）废胎胶粉改性沥青中，常温及常温以下温度时胶粉模量相对沥青模量较低， 胶粉与沥青应变不同步，主裂纹前端应力场发生变化，易使主裂纹偏传。同时， 加上本身存在大量表面毛刺、纤维，当基质沥青达到极限应变断裂时，断裂应力将瞬间集中在胶粉颗粒上，在颗粒表面产生应力集中，诱发大量银纹（银纹是指材料表面或内部的一些缺陷在受到应力集中作用时引发的细微纹痕和剪切带）， 银纹的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高沥青的冲击强度和可塑性。而且，裂缝不会穿透胶粉颗粒发展，橡胶颗粒是银纹的中心，它跨越银纹的两端， 银纹要发展就必须拉伸橡胶颗粒， 橡胶颗粒因此消耗和吸收大量的能量， 提高了橡胶颗粒沥青混合料的抗冲击能力。银纹的另
一特点是， 在应力作用初期银纹体相当硬， 当应力超过一定数值后， 银纹体开始屈服， 形变随时间的延长而发展， 断裂伸长增加， 卸载后应变逐渐恢复， 应变随时间的延长而消失。
（3）胶粉颗粒的存在易使主裂纹偏转， 裂纹偏转可降低裂尖的应力强度因子， 从而增强胶粉改性沥青的抗裂能力。
（4）在SBS改性沥青中，SBS改性剂与沥青相溶很充分，SBS改性剂不是以颗粒形态存在的；在普通道路石油沥青中根本就不存在颗粒物质。
（5）所以，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗反射裂缝性能相比要好得多，虽然经历了三个冬季，但仍然没有产生反射裂缝。
5. 结语
废胎胶粉橡胶沥青用于道路路面具有如下优点：
（1）针入度减小，软化点提高，粘度增大，沥青的高温稳定性提高，高温抗车辙能力增强；
（2）改善沥青的低温性能，提高混合料的低温抗裂性；
（3）增强粘附性，石料表面粘附的胶粉改性沥青膜厚度增加，沥青路面抗水损害性能提高；
（4）提高混合料的抗老化性能和抗疲劳性能；
（5）降低噪声污染；
（6）减少和消除废轮胎堆放导致的公害，同时又得到合理的二次资源利用，获得资源和环境的双重效果。因此，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面将会得到广泛的应用。
参考文献
[1]郭朝阳.废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究[D].重庆交通大学硕士论文.2008：3.
[2]JT/T798-2011 公路工程 废胎胶粉橡胶沥青.
[3]JTG F40-2004 公路沥青路面施工技术规范.
[作者简介] 李永辉（1975-），男，学历：本科，籍贯：河南宝丰人，职称：高级工程师，长期从事公路工程技术与管理工作。