浅谈橡胶沥青应力吸收层在高速公路罩面中的应用

1、浅谈橡胶沥青应力吸收层在高速公路罩面中的应用【摘要】：橡胶沥青应力吸收层作为高速公路新旧路面罩面层间的界面层，起到吸收应力粘结防水防裂缝反射等作用，可有效地防治路面反射裂缝，增强面层之间的粘结力，提高路面抗剪切性能。本文结合橡胶沥青应力吸收层在京沪高速沂淮江段沥青路面集中专项治理工程中的应用，论述了这种技术的作用机理，介绍了橡胶沥青的生产应力吸收层施工工艺与质量控制注意事项，为橡胶沥青应力吸收层机械化施工积累经验，具有显著的环保经济社会效益。关键词：橡胶沥青应力吸收层；作用机理；施工工艺；质量控制；1. 引言 自2000年12月建成通车以来，京沪高速公路沂淮江段的交通量逐年增长，货车比例不断升

2、高，超载、超限现象严重，路面长期处于超负荷的运营状态，部分路段路面的结构性和功能性出现了一定程度的损坏，路面各项性能呈衰减趋势，部分性能衰退较快；路面破损数量逐年增加，路面材料性能呈衰减趋势，沥青混合料老化明显，结构层整体性能呈下降发展趋势。为了满足不断增长的交通量需求，从根本上改善路面状况，防止路面破损进一步向基层、底基层或路基扩散，保证基层及以下层位的强度，保证道路的正常运营，提高路面服务能力，必须通过治理养护才能显著改善路面结构状况，提高路面结构强度，延长路面使用寿命。根据前期对京沪高速公路沥青路面治理养护的总体规划，对原路面局部维修补强后，以加铺5cm单层罩面为主导方案进行沥青路面治理

3、养护；罩面方案中，行车道和超车道应采用橡胶沥青应力吸收层作为粘层。2. 橡胶沥青应力吸收层的作用机理 橡胶沥青应力吸收层是在原沥青混凝土路表洒布一层橡胶沥青（1.21.6kg/),然后撒布9.5mm（2号料）左右粒径预拌沥青碎石（68kg/），再通过轮胎压路机适度碾压，橡胶沥青被挤压并稳定碎石而形成一个界面功能层，能够起到粘结应力吸收和防水层的作用，是具有高变形能力的橡胶沥青层。由于组成橡胶沥青应力吸收层的橡胶沥青和石料所具有的特点，使橡胶沥青应力吸收层具备以下五个重要特点： 等粒径石料和橡胶沥青的嵌挤结构，确保了加铺沥青混凝土层具有良好的基础支承，使沥青面层保持较为有利的受力状态。 橡胶沥青

4、应力吸收层是含有高黏弹性橡胶沥青黏结剂的碎石封层，作为新老路面的界面层，能够起到防治裂缝反射结构层的作用，遏制基层和老路面裂缝的反射，保护面层。 橡胶沥青在老路面上形成一层一定厚度的连续的沥青膜，同时填充老路面和基层的缝隙，可以有效的阻止雨水下渗，保护基层。 橡胶沥青的高黏性能能够使新老路面牢固地形成统一的结构整体，共同发挥作用。 当汽车荷载通过应力吸收层中的碎石传递到老路面时，橡胶沥青则承担老路面变形作用；应力吸收层作为厚约1cm的变形介质层，通过等粒径石料的荷载传递和橡胶沥青的高黏结作用，能够消散裂缝处的应变，有效缓解面层底面的应力集中。通过上述五个特点可以看出橡胶沥青应力吸收层的作用机理

5、就是，在保持沥青铺装层受力状态良好的前提下，通过应力吸收层高黏性橡胶沥青膜水平剪切变形和碎石的承载传递，消减和吸收沥青层的应变或应力，达到预防或延缓反射裂缝粘结和防水层的作用。3. 橡胶沥青应力吸收层施工分析3.1原材料的技术要求应力吸收层作为结构层的一个中间层，厚度大约1cm,因此该结构对材料的性能和质量有着很高的要求。3.1.1基质沥青生产橡胶沥青所用的基质沥青采用70道路石油沥青，其技术要求见表3-1。在施工过程当中，对每一批次的基质沥青三大指标必须检测。表3-1 70道路石油沥青技术要求检 验 项 目技术要求针入度（25，100g,5S）(0.1mm) 6080延度(5cm/mim,1

6、5)（cm） 不小于100延度(5cm/mim,10)（cm） 不小于20软化点（环球法）（） 不小于46溶解度（三氯乙烯）（%） 不小于99.5针入度指数PI-1.3+1.0薄膜加热试验163，5h质量损失（%） 不大于0.6针入度比（%） 不小于65延度（15）（cm） 不小于100延度（10）（cm） 不小于6闪点（COC）（） 不小于260含蜡量（蒸馏法）（%） 不大于2密度（15）（g/cm3） 不小于1.01动力粘度（绝对粘度，60）（Pa.s） 不小于180PG等级PG64-223.1.2橡胶粉橡胶粉密度应为1.15 ± 0.05 g/cm3，应无铁丝或其它杂质，纤维比

7、例应不超过0.5%，要求含有橡胶粉重量4%4.5%的碳酸钙，以防止胶粉颗粒相互粘结。橡胶粉颗粒规格应符合表3-2要求。橡胶粉供应商应提供橡胶粉质量保证书，说明橡胶粉规格、加工方式、加工的废旧轮胎类型、橡胶粉的储存方式等。表3-2 橡胶粉筛分规格筛孔尺寸通过率%2.00 mm1001.18 mm65100600 mm20100300 mm04575 mm053.1.3橡胶沥青橡胶沥青现场改性完成后应及时使用。如遇特殊情况要现场储存，则橡胶沥青加热循环不能超过2次，同时应在使用前对橡胶沥青质量进行检测，检测合格后才能使用。橡胶沥青指标体系中最重要的一项指标是旋转粘度，该指标能快速有效的控制橡胶粉的

8、添加量。另外，软化点和弹性恢复与橡胶粉掺加量密切相关，针入度则是一个随配方变化波动较大的指标，对某一特定的配方，针入度还是有较大的参考价值。橡胶沥青应满足表3-3技术要求。表3-3 橡胶沥青技术要求检测项目技术指标粘度（180）（Pa.s）1.54.0针入度 (25,100g,5s)（0.1mm） 不小于25软化点（） 不小于54弹性恢复（25）（） 不小于503.1.4集料应力吸收层应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体、反击式破碎机轧制的玄武岩，粒径为9.5mm(2号料)，集料宜进行拌和楼除尘后用70#沥青预裹附（沥青用量0.20.4%，按照集料重量计，裹附温度在120以上），以加强

9、与橡胶沥青的黏附性。预裹附的集料堆放时间不宜超过两周。橡胶沥青应力吸收层集料级配范围参考表3-4。表3-4应力吸收层集料规格方筛孔尺寸（mm）A. 通过率要求（）9.5901004.750200.07500.5橡胶沥青应力吸收层用集料技术要求见表3-5。表3-5 SAMI应力吸收层用集料质量技术要求检验项目技术要求石料压碎值（%） 不大于24洛杉矶磨耗损失（%） 不大于28视密度（t/m3） 不小于2.6吸水率（%） 不大于2.0对沥青的粘附性 不小于4级坚固性（%） 不大于12针片状颗粒含量（%） 不大于15水洗法<0.075mm颗粒含量（%） 不大于0.5软石含量（%） 不大于3.0

10、3.1.5维它连接剂（TOR）TOR是一种具有双键结构的聚合物，通过化学方式将橡胶和沥青进行改性。它将橡胶粉和沥青经由化学变化合成新分子，新分子加强了对石料的附着力，减少沥青剥落的产生，解决橡胶沥青粘稠的施工问题，更进一步降低拌合温度，大大改善生产工艺，提升了橡胶沥青的性能。大量的试验和工程实际表明，其在改善橡胶沥青的相容性和提高橡胶沥青施工和易性方面具有良好的效果；简化了橡胶沥青生产工艺流程，降低了工艺控制难度；同时，因为维它连接剂的作用，沥青加热温度较低，降低了生产过程中有害气体的排放，具有较好的节能减排效果。所以在橡胶沥青生产中应掺加TOR，其中TOR加入量为橡胶粉质量的4.5%。3.2

11、 橡胶沥青生产控制3.2.1 确定橡胶粉的掺量在施工开始阶段，选择至少三个不同的橡胶粉掺量（推荐为18%、20%、22%）进行试验，根据试验结果选取合适的橡胶粉掺量，橡胶沥青各项指标应满足表3-3技术要求。3.2.2 橡胶沥青的生产环节与质量控制 橡胶粉与沥青的拌和主要是融胀反应，既不仅仅是简单的物理填充，也不完全会发生化学反应，而是处于两者共存的状态，其产物是橡胶粉和沥青的共混体系，对沥青的物理性能和化学性能都有所改善。橡胶沥青的品质受原材料配方及施工工艺等影响，在生产工艺方面，搅拌速度反应时间及温度是关键因素。其中温度尤其重要，这包括基质沥青加热温度与反应温度。为了获得具有优良路用性能的橡

12、胶沥青，必须考虑以下几个环节： 应由熟练操作工操作橡胶沥青生产设备，采用间歇式方式生产。 解决基质沥青的快速加热。橡胶沥青的形成机理要求基质沥青具有较高且稳定的温度，但基质沥青长时间会老化，因此必须采用基质沥青快速加热装置，才能较好地解决这一矛盾。 具有自动控制功能的橡胶粉喂料机，解决好橡胶粉添加量的精确控制。 橡胶沥青制作釜要具有外加剂和沥青等各个环节的自动控制装置，避免人为因素影响，还要有利于橡胶粉的膨化和沥青的渗入。橡胶沥青反应釜除了具有温度控制的功能以外，还应具备连续搅拌的功能，否则，未形成沥青态的橡胶粉易从沥青中游离出来，产生离析。3.3橡胶沥青应力吸收层施工3.3.1在洒布橡胶沥青

13、前，应注意检查 空气温度和地面温度都不得低于15，橡胶沥青温度为180±5，如达不到条件，应采取有效措施进行优化施工工艺，确保橡胶沥青与下承层、撒布集料之间粘结。 下承层必须清洁干燥，路缘石防撞护栏立柱防护良好。 风速不影响橡胶沥青洒布效果（沥青喷洒后呈良好的扇面形状）。 施工设备保持良好的机械状态，包括智能型沥青碎石同步封层车、胶轮压路机等。工序安排紧凑，衔接合理有序。3.3.2橡胶沥青洒布橡胶沥青的洒布宜采用适应国内橡胶沥青施工工艺的智能洒布车，应具有搅拌、加热保温及智能洒布功能。3.3.2.1橡胶沥青洒布要求橡胶沥青洒布量采用1.21.6kg/m2，当气温较高时，沥青用量可适当

14、减少；可在正式施工前进行200m左右的试验段，根据试验段施工效果确定合适用量。根据施工经验，在橡胶沥青粘度指标合格的情况下，橡胶沥青的洒布必须均匀，洒布量以路表不露白集料粘结牢靠为准。若洒布量过大，易导致面层泛油；若洒布量过小，碎石周边无充分约束，易在新老路面之间形成一个不稳定夹层，不仅起不到应力吸收的作用，而且可能加速面层的破坏。一般喷洒最大偏差量不应超过试验段确定用量的±0.2kg/m2。3.3.2.2橡胶沥青洒布注意事项 在正式施工前，必须对智能洒布车橡胶沥青每平方喷洒量进行标定，保证喷洒设定值和实际喷洒值保持一致，计量准确。 起步和终止位置应铺工程纸，以准确进行横向施工缝衔接

15、；沥青洒布车洒布沥青后，应及时取走工程纸，以免形成污染，造成施工质量缺陷。纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm左右；在已撒布沥青一侧，沥青洒布车应在最末端喷嘴处悬挂侧向挡板，防止污染已施工路面。及时检修，确保智能洒布车喷嘴通畅；智能洒布车每一个喷嘴喷洒出的橡胶沥青都应呈正三角形扇面，并且相邻喷嘴形成的扇面须重叠1/2；喷嘴离地高度保持在30cm左右。3.3.3 碎石撒铺3.3.3.1碎石撒铺要求喷洒橡胶沥青后应立即撒铺碎石，碎石撒铺量采用68 kg/m2，碎石的覆盖率应达到70%以上，实际撒铺量根据试验段试铺情况确定，以不散失为度。对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足；对于局部碎石撒铺堆积的

16、地方，应人工扫除，以提高撒铺碎石整体均匀性。3.3.3.2 碎石撒铺注意事项 喷洒橡胶沥青后应立即撒铺碎石，碎石要经过预裹覆。考虑施工的和易性和方便性，在有条件的情况下，建议使用智能型沥青碎石同步洒布车。 在正式施工前，须对智能型沥青碎石同步洒布车每平方碎石的撒铺量进行标定，使设定撒铺量和实际撒铺量相一致。 碎石撒铺后，应迅速用人工将散失在沥青膜外边的碎石推入沥青膜内；纵向接缝10cm重叠部位的碎石应及时扫除。 碎石撒铺量应适宜。3.3.4 碾压3.3.4.1 碾压机械采用16T以上的胶轮压路机进行碾压。3.3.4.2 碾压注意事项 碎石撒铺后胶轮应立即紧跟智能型沥青碎石同步洒布车进行碾压作业

17、。 碾压遍数为23遍，从洒布橡胶沥青到碾压完成应在表3-6规定时间内完成。表3-6 施工时间要求下承层温度完成碾压时间40°C 以上20 分钟18°C 至40°C之间1015 分钟 防止出现粘轮现象，必要时少量洒水或擦涂隔离液。3.3.5 应力吸收层清扫在铺筑上层沥青混合料前，应对橡胶沥青应力吸收层进行机械清扫，以清除没有粘结牢固的松散碎石，避免影响橡胶沥青应力吸收层与上面层的粘结。3.3.6 应力吸收层施工交通管制橡胶沥青应力吸收层施工应与上面层沥青混凝土紧凑进行，中间不开放交通；若期间必须开放交通，须待橡胶沥青应力吸收层施工完成3小时后方可开放交通，但车速不宜

18、超过25km/h。3.3.6 橡胶沥青应力吸收层检测3.3.6.1橡胶沥青应力吸收层检测项目 施工阶段的检测项目包括：橡胶沥青性质、橡胶沥青洒布量、集料撒布量、刹车试验、外观检查等。3.3.6.2 橡胶沥青应力吸收层检测内容及检测标准见表3-7。表3-7 沥青路面SAMI应力吸收层施工阶段的质量检查标准项 目检查频率质量要求或允许误差试验方法外观检查随时全面检查外观均匀一致，与下层表面牢固粘结，不起皮，无油包和下层外露等现象；可借助起子等辅助工具，检查碎石是否容易橇动，以评价碎石与橡胶沥青的粘结效果。橡胶沥青每200吨检查1次（四项指标）符合设计要求粘度采用布氏旋转粘度试验（T0625）沥青量

19、每半天1次设计量±0.2 kg/m2称定面积收取橡胶沥青量集料量每半天1次设计量±2 kg/m2称定面积收取每半天1次设计量±1 kg/m2集料总量与撒布面积算得粘结强度不定期抽检0.5MPa拉拔试验考虑高速公路养护工程的特点，建议每个连续施工断面对沥青量和集料量检测一次，每次两个点。3.3.6.3 橡胶沥青洒布量和碎石撒铺量检测方法 橡胶沥青洒布量检测洒布沥青时，将标准尺寸容器（30cm*30cm正方形铝制托盘）称其重量后置于洒布车前510m，待洒布车经过容器后立即取出再称其重，以此计算实际洒布量，再结合沥青洒布车电脑调节装置直至调到设计洒布量为止。 碎石撒铺量

20、检测撒铺碎石时，取一标准尺寸矩形容器（40cm*60cm长方形铝制托盘）称其重量并置于撒布车前已洒布沥青路面的路段最尾处，待撒布车经过容器后立即取出再称其重，以此计算实际撒铺量，然后通过调节装置直至调到设计撒铺量为止。 如采用智能型沥青碎石同步洒布车进行应力吸收层施工，考虑检测的难度，在施工前必须严格按照设计方案进行标定，施工时，根据施工现场的实际情况，及时抽检。 检测橡胶沥青洒布量和碎石撒铺量留下的空隙，需用人工在胶轮碾压前修补完整。4. 橡胶沥青应力吸收层应用于高速公路罩面的优点4.1 具有良好的高温稳定性和低温性能 橡胶粉的加入，能够明显的增加沥青的粘度，从而提高抗高温变形能力。橡胶沥青

21、的低温柔性和抗裂能力也非常突出，弯曲梁流变仪（BBR)试验结果表明，橡胶沥青低温模量减低近一半。4.2 应力吸收和减少路面反射裂缝橡胶沥青应力吸收层整个结构是一种柔性变形体系，由于其优良的应力应变消减和吸收能力，从而减缓沥青混凝土罩面层反射裂缝的产生。4.3 防水作用橡胶沥青应力吸收层能在老路面表面形成一定厚度的沥青膜，同时其胶结材料对老路面的缝隙有封闭作用，在受到应力时能产生徐变，能有效防止雨水下渗入下承层，起到保护路基路面的作用。其次，在摊铺罩面沥青混凝土时，橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次融化，经路面压实后会充分填充面层混合料底部的缝隙，排除层间存水的可能性。4.4 粘结作用橡胶沥青应力吸收层具有良好的粘结作用，与下承层和上铺装层的粘结力强，能有效地将新老路面粘结成一个整体，有利于结构整体受力，提高路面的使用寿命。4.5 施工周期短橡胶沥青应力吸收层采用一台智能型沥青碎石同步洒布车一台胶轮和一台扫地车即可满足施工需要，施