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橡膠瀝青碎石封層的應(yīng)用
橡膠瀝青碎石封層的應(yīng)用技術(shù)熱
[ 作者：楊蕓波，宋世海 | 轉(zhuǎn)貼自：本站原創(chuàng) | 點擊數(shù)：251 | 更新時間：2009-7-1 | 文章錄入：imste 2008年 第 20 期 ]
(1.陜西省公路勘察設(shè)計院，陜西 西安 710068；2.內(nèi)蒙古交通設(shè)計研究院 有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)
摘 要： 結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用的研究成果，對橡膠瀝青碎石封層以其優(yōu)良的使用性能而廣泛用于道 路表面性能恢復(fù)、應(yīng)力吸收層、路面及橋面防水等工程的技術(shù)進行了介紹。
關(guān)鍵詞：橡膠瀝青；碎石封層；應(yīng)力吸收層；應(yīng)力吸收中間層
中圖分類號：U416.218 文獻標(biāo)識碼：A 文章編 號：1007—6921(2008)20—0121—03
碎石封層是一種在噴灑瀝青類結(jié)合料后，立即撒鋪一定粒徑的粗集料，經(jīng)碾壓而形成的薄層 封層。撒鋪的碎石即提供對瀝青的保護，也給行駛車輛提供必要的粗糙度，以保證安全行駛 。碎石封層的主要作用是封閉表面細(xì)小裂縫，阻止水侵入路面，損壞基層與路基。該技術(shù)產(chǎn) 生于上個世紀(jì)20年代，起初主要作為小交通量道路的表面層，目前已被廣泛用于各種交通量 道路的預(yù)防性養(yǎng)護。
橡膠瀝青碎石封層于上個世紀(jì)60年代中期開始使用，也被稱為應(yīng)力吸收層（SAM）和應(yīng)力吸 收中間層（SAMI）。其重要組成部分橡膠瀝青起源于上個世紀(jì)60年代的美國，工程師Charle s McDonald最先使用這種工藝。美國ASTM（97）中定義橡膠瀝青為：由瀝青、回收輪胎橡膠 及一定的添加劑組成的混合料，其中膠粉的含量不少于總重的15%，且要求橡膠顆粒在熱瀝 青中充分反應(yīng)并膨脹。由此看出，橡膠瀝青的膠粉摻量要達到一定的量，且要有一定的反應(yīng) 時間，并達到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
1 國外使用性能評價
與其他碎石封層相比，橡膠瀝青碎石封層具有：防水性能好、抗反射裂縫能力強、耐久性好 等優(yōu)點。以上這些特性是通過以下三個方面來實現(xiàn)：
1.1 橡膠瀝青有著優(yōu)良粘彈性性能
圖1為普通瀝青與橡膠瀝青的荷載～變形曲線，曲線下的面積代表了破壞前蓄積的能量，由 對比可以看出：橡膠瀝青破壞前蓄積的能量大于普通瀝青30%～50%。
1.2 橡膠瀝青封層灑布量高于其他封層
由于橡膠瀝青溫度敏感性降低，其灑布量并不是一個關(guān)鍵的指標(biāo)，從最佳性能出發(fā)，橡膠瀝 青封層灑布量高于其他封層，以公稱12.5mm的碎石
封層為例，當(dāng)采用乳化瀝青時，灑布量為 1.4～1.8kg/m2，采用聚合物改性瀝青(SBS、SBR、EVA等)時，灑布量為1.6～2.0kg/m2 ，而橡膠瀝青的灑布量為 2.0 ～3.0kg/m2。
1.3 橡膠瀝青突出的抗老化性能
橡膠粉作為輪胎的產(chǎn)品，包含一些添加劑，這些添加劑使得橡膠瀝青比普通瀝青及其他改性 瀝青有著突出的抗老化性能，并保持長期的粘彈性性能，進而進一步提高耐久性及減少維修 。
南非的路面結(jié)構(gòu)廣泛采用非穩(wěn)定粒料基層的薄面層形式，該種路面結(jié)構(gòu)更敏感于水破壞，因 此路面結(jié)構(gòu)的防水極為重要。橡膠瀝青碎石封層因其有著優(yōu)良的防水與延緩反射裂縫作用， 而廣泛用于路面結(jié)構(gòu)表面及路面結(jié)構(gòu)層中。南非的應(yīng)用表明：橡膠瀝青碎石封層較普通瀝青 及聚合物改性瀝青碎石封層均表現(xiàn)好，也更經(jīng)濟，更適于重交通。在南非，傳統(tǒng)的碎石封層 壽命為5～8年，而橡膠瀝青碎石封層為15～20年。南非最早的橡膠瀝青碎石封層建于1986年 ，目前仍使用狀況良好。美國亞利桑那州的應(yīng)用表明：橡膠瀝青碎石封層作為應(yīng)力吸收層， 可以延緩反射裂縫達15年以上。
美國的Oregon，Beecroft等人對Klamath and Lake Counties的三個橡膠瀝青碎石封層 工程和三個橋面工程進行3年后的跟蹤觀測，對比結(jié)果表明：橡膠瀝青碎石封層表現(xiàn)極佳的 使用效果。美國的Maghsoud Tahmoressi等評價18個橡膠瀝青碎石封層路段及對比路段（聚 合物改性瀝青、改性乳化瀝青及普通瀝青碎石封層），這些工程有低交通量的農(nóng)村道路、城 市道路及重交通的洲際公路�；谶@個研究得到以下結(jié)論：橡膠瀝青封層有著優(yōu)秀的抗反射 裂縫能力；由于橡膠瀝青的高彈性性能及高灑布劑量，橡膠瀝青碎石封層有極佳的碎石粘結(jié) 力。
美國加利福尼亞州與南非的研究還表明，橡膠瀝青碎石封層用于老路改建工程時，對減少路 面的反射裂縫，提高路面的整體承載能力都十分有利，在相同的使用效果前提下，適當(dāng)使用 橡膠瀝青碎石封層可減薄瀝青混凝土面層的厚度。表1、2為美國加利福尼亞州橡膠粉瀝青混 凝土技術(shù)指南中分別從承載能力和減少反射裂縫角度，提出的橡膠粉瀝青混凝土與一般瀝青 混凝土厚度的對比表。從表中數(shù)據(jù)可以看出，無論是按承載能力標(biāo)準(zhǔn)還是減少反射裂縫標(biāo)準(zhǔn) ，使用橡膠瀝青碎石封層可以減薄路面厚度15～30mm。
注：DGAC為連續(xù)級配密實型瀝青混凝土；ARHM-GG為斷級配橡膠粉瀝青混合料。
2 設(shè)計方法與材料要求
2.1 設(shè)計方法
碎石封層的設(shè)計方法分為經(jīng)驗法與理論法兩大類，最早的碎石封層設(shè)計方法是Hanson于1934 年提出的，目前許多的碎石封層設(shè)計方法都是基于
該法發(fā)展而來。目前，多數(shù)的碎石封層設(shè) 計方法是基于實踐的經(jīng)驗法，而非理論法。他們都包括：路況調(diào)查、結(jié)合料的選擇與用量， 碎石粒徑及撒鋪量的確定等一系列過程。其瀝青的灑布量與碎石的撒鋪率受以下因素影響：
2.1.1 路面的表面狀況，老化程度嚴(yán)重或構(gòu)造深度較大時會吸收更多瀝青，應(yīng)較大瀝青灑 布量。
2．1.2 交通量，在交通量大的道路為減少由于松動碎石帶來的危險，宜采用粒徑較小碎石 ，對于交通量小的道路，瀝青灑布量可以適當(dāng)增加。
2.1.3 氣候環(huán)境，在寒冷地區(qū)，可以采用較高瀝青灑布量。
2.1.4 碎石粒徑，采用大的粒徑碎石，應(yīng)相應(yīng)增加瀝青灑布量，以保證碾壓后碎石嵌入瀝 青深度達50%～70%。
2.1.5 碎石級配，單一粒徑碎石比有級配碎石要求的瀝青灑布量要大。
如澳大利亞橡膠瀝青碎石設(shè)計方法中，根據(jù)使用場合的不同規(guī)定了相應(yīng)的結(jié)合料灑布量與碎 石粒徑。
表中數(shù)據(jù)表明：隨撒鋪碎石粒徑增加，瀝青灑布劑量增加；針對不同的下層粗糙度，瀝青灑 布量不同，粗糙時劑量大。另外，澳大利亞還規(guī)定，使用10mm、14mm、16mm三種粒徑碎石應(yīng) 進行瀝青預(yù)拌，而用于橋面防水上的小粒徑碎石則不需要。
由于我國目前道路交通重載、超載的現(xiàn)實情況，為避免日后的泛油，橡膠瀝青碎石封層的結(jié) 合料的灑布量不宜太大，而碎石的粒徑、撒鋪量則不宜太小。近年來，國內(nèi)幾個工程的橡膠 灑布量在2.0～2.8kg/m 2之間。
2.2 材料要求
2.2.1 對橡膠瀝青的要求〔7〕。橡膠瀝青由基質(zhì)瀝青、膠粉及添加劑組成。各部 分材料的品質(zhì) 與比例，嚴(yán)重影響著橡膠瀝青的品質(zhì)。橡膠瀝青的選擇受老路表面狀況、碎石尺寸與級配、 與石料的相容性及氣候條件影響。絕大多數(shù)國家對灑布用與混合料用橡膠瀝青的指標(biāo)要求不 加區(qū)分，個別國家僅是在兩者的配方上給出不同的要求。如：南非對于混合料用橡膠瀝青， 其基質(zhì)瀝青為B12、B8（針入度分別為60/70、80/100）兩種，用于灑布時，采用80/100，15 0/200兩種針入度級瀝青。而澳大利亞，對于灑布采用C170，用于熱拌混合料采用C170、C23 0。這兩個國家的共同點是：用于灑布時的基質(zhì)瀝青相對于混合料的偏軟。同時，澳大利亞 還將膠粉分為灑布用橡膠粉與混合料用橡膠粉兩種，與后者相比前者要粗。
根據(jù)國外情況，灑布用與混合料用橡膠瀝青有以下差別：①灑布用橡膠瀝青使用較粗橡膠粉(2.0mm) ；②為進一步提高結(jié)合料的粘性和粘彈性，灑布用橡膠瀝青可使用較高的橡膠 粉摻 量（＞20%）。因此，我國加工橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青宜采用90#瀝青或70#瀝青，橡膠粉的目 數(shù)宜為30～40目，摻量一般為20%～25%（外摻）。
2.2.2 對碎石的要求：主要有碎石的粒徑、潔凈度及粒形等。碎石粒徑的 選擇主要考慮交通量與設(shè)計速度。美國對于低交通量（＜5 000輛/天）與低速（＜75km/h） 道路上，采用9.5mm與12.5mm碎石；在大交通量與高速交通道路上，通常采用公稱粒徑9.5mm 碎石；另外，9.5mm也經(jīng)常
用于應(yīng)力吸收中間層SAMI（見表4）。
南非的橡膠瀝青碎石封層設(shè)計方法的理論基礎(chǔ)是Hanson的空隙填充理論。單層封層所用碎石 粒徑有26.5mm、19.0mm、13.2mm、9.5mm四種；雙層封層的碎石粒徑為19.0mm加9.5mm，（見表5）。對小于9.5mm的碎石，由于空隙較小、結(jié)合料的灑布量高，易導(dǎo)致泛油而很少采 用。
國外的橡膠瀝青碎石封層所用的碎石以單一粒徑碎石為主，同時控制其中的小碎石 與粉料含 量。對于我國，當(dāng)應(yīng)用于基層時，石料的粒徑宜為16～19mm，當(dāng)用于上面層底面時，石料粒 徑宜為上面層厚度的1/3～1/2，碎石的撒布量一般為滿鋪的60%～70%；當(dāng)用于表面時，碎石 粒徑宜為13.2mm或9.5，碎石的撒布量為滿鋪。
3 施工工藝
橡膠瀝青碎石封層不論是用于應(yīng)力吸收層，還是用于防水粘結(jié)層，其在路面中的功能作用是 一樣或類似的。它基本施工流程分為三步：橡膠瀝青的灑布、規(guī)格石料的撒布以及膠輪碾壓 成型。碎石封層施工的關(guān)鍵是：設(shè)備、原材料的準(zhǔn)備，瀝青灑布與碎石撒鋪，搭接的處理， 底面的處理等。下面結(jié)合工程經(jīng)驗，總結(jié)出橡膠瀝青防水粘結(jié)層的施工工藝要求如下：
3.1 原材料的準(zhǔn)備，包括橡膠瀝青和碎石的準(zhǔn)備
為
了保證橡膠瀝青品質(zhì)的穩(wěn)定，一般當(dāng)天加工，當(dāng)天灑布，橡膠瀝青從加工到灑布不宜超過 24h。石料應(yīng)干燥、清潔，必要時可經(jīng)過拌和機篩分、除塵、加熱。當(dāng)施工溫度低于20℃時 ，碎石應(yīng)該預(yù)熱。為消除碎石的灰塵，也可采用預(yù)拌碎石，其溫度控制在121～162℃。
3.2 施工機械的準(zhǔn)備
應(yīng)具備可加熱、保溫、攪拌的瀝青灑布車，灑布劑量通過計算機控制，確保灑鋪的均勻性。 碎石撒布應(yīng)采用專用的碎石撒布車，當(dāng)大規(guī)模施工時，
一臺瀝青灑布車應(yīng)配備兩臺碎石撒布 車。同時應(yīng)配備1～2臺重型的膠輪壓路機，并要求壓路機每個輪至少2t。
3.3 施工現(xiàn)場的準(zhǔn)備
在橡膠瀝青碎石封層施工前，應(yīng)對下承層進行嚴(yán)格認(rèn)真的清掃，達到干凈、干燥、無浮沉、 無松動的要求。
圖2中試灑工藝相當(dāng)于一般瀝青路面施工的試驗路段。通過試灑確定一些關(guān)鍵的施工參數(shù)， 為正式施工做好必要的準(zhǔn)備。如：每平米碎石撒布的方量或公斤數(shù)，施工機械的有效組合、 橡膠瀝青的灑布溫度，灑布設(shè)備的機械參數(shù)等。
3.4 施工中應(yīng)注意的問題
為了保證橡膠瀝青碎石封層的施工質(zhì)量，除嚴(yán)格按照以上要求進行施工外，還應(yīng)注意以下問 題：
3.4.1 在整個施工過程中，時刻監(jiān)控橡膠瀝青的粘度變化，保證橡膠瀝青的質(zhì)量穩(wěn)定。
3.4.2 橡膠瀝青灑布時，應(yīng)控制適宜的灑布寬度，一般不超過4m。并注意接縫位置的控制 ，避免重疊更多而造成泛油，一般縱向搭接寬度不大于10cm。
3.4.3 橡膠瀝青的灑布溫度一般為180℃，由于粘度提高，根據(jù)工程情況，其灑布溫度可 適當(dāng)提高。
3.4.4 撒布的碎石應(yīng)均勻，不能重疊或漏撒，必要時需要人工進行整理。
3.4.5 瀝青灑鋪后，為了保證碎石與瀝青的有效粘結(jié)，應(yīng)及時撒布碎石。
3.4.6 膠輪壓路機碾壓2～3遍，但也不宜過多。
3.4.7 施工結(jié)束后應(yīng)盡快安排瀝青混凝土的施工，一般不宜超過24h，其間應(yīng)注意保護該層 ，可采用臨時封閉交通的措施，避免二次污染或破壞。
4 國內(nèi)的發(fā)展歷程
80年代末，碎石封層作為應(yīng)力吸收層的應(yīng)用技術(shù)引入我國，先后在廣東惠州試驗路（1986） ，正定試驗路（1988）使用。其中，廣惠試驗路使用了橡膠瀝青，所摻加膠粉為16～30目， 摻量為25%（內(nèi)摻），灑布量為3.5kg/m2；而正定試驗路采用SBS改性瀝青，用量為2.4kg/ m2，其上灑布的10～20mm碎石，覆蓋60%。早期的碎石封層（包括重交瀝青、SBS改性瀝青 ）一般多用于半剛性基層頂面，由于瀝青灑布設(shè)備沒有加熱系統(tǒng)，且灑布精度不夠，當(dāng)灑布 量過大時，常通過多撒鋪碎石來彌補，影響了其使用性能。因此，該技術(shù)沒有得到大規(guī)模推 廣應(yīng)用。
90年代末，隨著我國對進口設(shè)備的引進及生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化，SBS改性瀝青碎石封層得到了 廣泛的應(yīng)用。如廣東京珠逸仙大道水泥混凝土路面瀝青加鋪工程（1999）、京滬高速公路滄 州段（2000）、馬房大橋鋼橋面鋪裝及商開高速公路（2001）、廣深高速公路罩面工程（20 02）等。 進入21世紀(jì)以后，隨著國內(nèi)對橡膠瀝青加工、灑布設(shè)備的引進，河北、北京、廣東等省鋪筑 了橡膠瀝青碎石封層的試驗路與實體工程。與此同時，國內(nèi)也針對橡膠瀝青灑布的堵孔、易 離析、灑布粘度高等問題，研發(fā)出國產(chǎn)的橡膠瀝青灑布專用設(shè)備。橡膠瀝青碎石封層的施工 質(zhì)量、速度得到了大幅度的提高。目前，橡膠瀝青碎石封層作為應(yīng)力吸收層、防水粘結(jié)層及 路面磨耗層而廣泛用于瀝青路面新建與改建、瀝青混凝土橋面
鋪裝、水泥混凝土路面瀝青加 鋪等工程。
5 結(jié)束語
橡膠瀝青以其優(yōu)良的性能而被歐美等國家廣泛用于道路表面性能恢復(fù)、應(yīng)力吸收層、路面及 橋面防水等工程。2004年橡膠瀝青碎石封層技術(shù)引入中國，先后在河北、北京、廣東進行了 試驗路與實體工程，并取得良好效果。隨著橡膠瀝青生產(chǎn)與灑布設(shè)備的引進及設(shè)備國產(chǎn)化， 橡膠瀝青碎石封層的應(yīng)用前景將十分廣闊。
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