橡胶粉改性沥青在水泥混凝土桥面铺装中的应用

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公路２００９年９月第９期

ＨＩＧＨＷＡＹ

Ｓｅｐ．２００９

Ｎｏ．９

文章编号：０４５１一０７１２（２００９）０９—０２８２－－０３中图分类号：Ｕ４４３．３３文献标识码：Ｂ

橡胶粉改性沥青在

水泥混凝土桥面铺装中的应用

游庆龙１，李启乾２，王

亮３

（１．同济大学交通运输工程学院上海市２０００９２，２．山东高速青岛公路有限公司青岛市２６６０６１，

３．中铁二十四局新余公司新余市３３８０００）

摘要：对沥青混凝土桥面铺装病害的调查发现，铺装层的病害主要表现为变形类和裂缝类。结合桥面铺装病害的特点，要求沥青混合料铺装材料具有较好的抗疲劳性能、较强的黏结性能和较好的抗剪切性能。同时结合国内外的现状，对橡胶粉改性沥青ＳＭＡ进行性能比较，试验结果证明，提出的橡胶粉改性沥青具有很好的性能，能够满足桥面铺装层的要求。

关键词：桥面铺装，橡胶粉；改性沥青，路用性能

桥面铺装的功用在于保护上部构造的行车道板不受车轮的直接磨耗，防止雨水侵蚀，保证行车安全舒适。同时其对车辆的集中荷载起到分布作用，可减少车轮对桥梁结构的冲击力，改善行车条件，延长桥梁使用寿命。

现有桥面铺装设计过程中主要考虑的是如何确定出合适的铺装层厚度，以控制和减少裂缝，但是仅从厚度设计来控制和减少铺装层的破坏是不够的。本文对沥青混凝土桥面铺装的主要病害进行调查，确定铺装层结构对材料的要求，通过室内试验对橡胶粉改性沥青进行研究，发现橡胶粉改性沥青能够适应桥面铺装层的要求，适宜在桥面铺装中应用。

的极大关注。为数不少的采用沥青混凝土桥面铺装的大中桥在开放交通不足１年内，就往往发生铺装层的损坏。沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比，其受力特性和环境特性不一样，沥青混凝土桥面铺装所产生的病害也表现出一定的集中性。

季节等人［１３通过对北京市桥面铺装病害调查和

统计的结果显示，沥青混凝土桥面铺装病害的主

要表现形式为：（１）拥包；桥面出现拥包后，使桥面的行驶性和安全性降低；（２）裂缝，有纵缝、横缝或网裂等；（３）车辙，一般出现在桥跨结构物的连接部位；（４）材料松散、剥落，桥面出现锯齿状的粗糙状态。

舒国明等入口］以河北省为例，将桥面铺装层主

１桥面铺装主要病害及铺装层材料性能要求１．１桥面铺装主要病害

高速公路桥面铺装发生的损坏，已经引起人们

收稿日期：２００９—０８一０７

要病害分为３类：裂缝类、变形类和耗损类。由于轮胎与桥面的摩擦作用，使桥面表层材料出现开裂、碎裂、露骨和脱落等现象。

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２００９年第９期游庆龙等：橡胶粉改性沥青在水泥混凝土桥面铺装中的应用

综合其他学者对桥面铺装病害的研究，得出桥面铺装主要病害的表现形式为：变形类和裂缝类。国内许多学者［３－５］从铺装层的厚度，桥面铺装层的受力特性进行分析和研究，试图找出桥面铺装层合适的厚度以及病害产生的机理，解决沥青混凝土铺装层的病害。根据病害产生的类型以及表现形式分析，沥青混凝土桥面铺装层病害与材料的性能密切相关，并对沥青混凝土桥面铺装材料的性能提出一些要求。

１．２桥面铺装材料性能要求

（１）较强的黏结性能。

桥面铺装病害中的剥落松散等都与沥青的黏结性能密切相关，雨水进入铺装层的空隙后，在汽车轮载高速重复碾压下，沥青混凝土铺装层材料将经受超过正常条件的动水压力作用。沥青的黏结性能的好坏，直接决定了铺装层材料性能的好坏。

（２）较好的抗剪性能。

在车辆高速作用下，铺装层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形；或者由于铺装层与桥面板层间结合面黏结力差，抗水平剪切能力较弱，很容易在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏，产生推移、拥包等病窖。沥青混凝土材料较好的抗剪性能能够有效地抵抗车辆荷载的剪切作用，保证路表的平整和行车的安全。

（３）良好的抗疲劳性能。

桥面铺装层的疲劳开裂是指铺装层在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的铺装层的开裂破坏，是桥面铺装的主要破坏类型。由于工作环境和受力模式的不同，桥面铺装层疲劳开裂的

破坏形式、破坏位置与路面完全不同。路面的疲劳开裂开始大多是形成细而短的横向裂缝，并逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。在车辆荷载作用下，路面底面的拉应变（或拉应力）要大于路面表面的拉应变（或拉应力），因此，路面的开裂一般出现在底面。当沥青混凝土结构层受车轮荷载作用反复弯曲时，铺装底面产生的拉应变（或拉应力）值超过材料的疲劳强度，则铺装底面开裂，并逐渐向表面发展Ｌ６Ｊ。

桥面铺装层在荷载作用下会产生裂缝，特别是箱梁，桥面板的变形使纵向肋、横隔梁等刚性较大的部位与桥面板连接处成为高应力区，并在这些位置处的铺装层内产生较大的负弯矩，即这些位置处的铺装层表面是拉应力（拉应变）集中区。因此桥面铺装的疲劳开裂出现在铺装层表面，然后逐渐向底面发展。

因此，对沥青混凝土材料的选择方面，疲劳性能良好的材料能够减少铺装层裂缝产生的几率，延长桥面铺装的使用寿命。

针对桥面铺装对沥青混凝土材料提出的更高的要求，本文尝试对橡胶粉改性沥青进行研究，提出满足桥面铺装要求的沥青混凝土材料。

２橡胶粉改性沥青设计２．１原材料性能

试验所用的沥青为ＫＬＭＹ一９０基质沥青，基本性能满足规范要求。橡胶粉细度为８０目，掺量采用１５．６％，室内高速剪切加工橡胶粉改性沥青。集料性能满足规范要求，混合料的级配按照文献［７］中所确定的级配如表１所示。

表１矿料级配

筛孔尺寸／ｒａｍ通过率／％

１６

１３．２

９．５

４．７５

２．３６

１．１８

０．６１７．５

Ｏ．３

Ｏ．１５

０．０７５１１．８

１００９６．７７２．２３６．７２４．８２０．１１４．５１３．２

按照规范的要求确定混合料的最佳油石比，并对混合料的路用性能进行检验。２．２橡胶沥青混合料路用性能评价

（１）高温性能。

按照规范要求试件采用碾压成型的３００ｍｍ×

３００ｍｍＸ５０

混合料类型橡胶沥青ＳＭＡ基质沥青ＳＭＡ

５２

表２车辙试验结果

动稳定度／（次／ｒａｍ）

１９３．４１７６．３

４

７９５．３

４

３９７．０

均值／（次／ｍｍ）

４

７９５．３

２３２５．４

２００９．８

２１７０．５

ｍｍ车辙试件。一组为橡胶沥青ＳＭＡ本身所具有的骨架结构，橡胶沥青的加入使得混合料具有更好的抗车辙能力。橡胶粉的掺入能够使得沥青在高温时不易发软，自由沥青减少，降低了车辙产生的可能性。

（２）低温性能。

ＳＭＡ，另外一组为基质沥青ＳＭＡ，车辙试验温度为６０℃，轮压为０．７ＭＰａ，试验结果见表２。

表２中的数据显示，橡胶沥青混合料的抗车辙能力明显得到提高，是基质沥青的２倍多。除了

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采用低温小梁弯曲试验来检验沥青混合料的低温性能，试验结果如表３所示。

表３小梁弯曲试验结果

试件编号

１０—１

最大荷载／ｋＮ

１．０７

跨中挠度／ｍｍ

０．７５０．５９Ｏ．６６

—

抗弯拉强度／ＭＰａ

９．６６７．９５

劲度模量／ＭＰａ

２５５８．７

破坏应变／肚￡

３

８０１．４

１０一２１０—３

０．９３２５４２．６３０１２．３３

９１２．４

０．８９

Ｏ．９６

７．４２

１９００．５２３３３．９

均值

０．６６１０．４２３５７５．４

从结果的数据来看，橡胶沥青ＳＭＡ的破坏应变超出了常规的沥青混合料，在较低的温度仍然能够保持较高的应变，表明经橡胶粉改性的沥青混合料具有很好的低温性能。

（３）水稳定性能。

本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，评价橡胶沥青ＳＭＡ混合料的水稳定性能。采用的试件尺寸为声（１０１．６士０．２）１Ｔｌｒｆｌ×（６３．５士１．３）ＩＴｌｌＴＩ，试件击实次数为双面各５０次，试件分冻融和未冻融两组。冻融组试件先在一１８℃土２℃环境中保持（１６土

１）ｈ，取出后立即放人６０℃士０．５℃的恒温水箱中保温２４ｈ，然后再将冻融组与未冻融组试件同时浸入温度为２５℃士０．５＂Ｃ的恒温水箱中保温不少于２

ｈ。

在２５℃条件下，以（５０±５）ｍｍ／ｍｉｎ的加载速率进行试验。在浸水马歇尔试验中，浸水组试件在６０℃士１℃的恒温水箱中保温４８ｈ，未浸水组试件在６０℃士１℃的恒温水箱中保温（３０～４０）ｍｉｎ，试件在水箱中取出后立即以（５０土５）ｍｍ／ｍｉｎ的加载速率进行试验。试验结果见表４和表５。

表４浸水马歇尔试验结果

浸水３０ｒａｉｎ

名称

稳定度／ｋＮ

５．８６

浸水４８ｈ

残留稳定度／％

流值／ｒａｍ

７．６１８．２４

稳定度／ｉＮ

５．５７４．６６

４．８７

流值／ｒａｍ

８．７６１０．６４

８６．３

橡胶沥青ＳＭＡ混合料

５．８３

５．８１７．８３７．８９

１０．５８

１０．００

均值

５．８３

５．０３

袭５冻融劈裂试验结果

未冻融试件

项目

试件高度／ｒａｍ

６２．４

冻融试件

ＴＳＲｆ％

劈裂强度／ＭＰａ试件高度／ｒａｍ

０．６３７３

６３．８

最大荷载／ｋＮ

６．３３６．５

６．０４６．２９

最大荷载／ｋＮ

５．０２

劈裂强度／ＭＰａ

０．４９４

１

试验结果

６５．４６３．７

０．６２４９６４．３５．５３５．１０５．２２

０．５３４

０．４９８０．５０８

０

８２．１

Ｏ．５９６

２

６４．１

３８

均值

６３．８Ｏ．６１９４

６４．１

试验结果说明，通过添加橡胶粉后，试件的抗水损害能力得到了提高。这主要是因为加入橡胶粉后，使得混合料的内部孔隙更加致密，水很难渗透下去，而且橡胶沥青与石料的黏附性也达到了规范的要求。因此，橡胶粉改性沥青能够改善混合料的水稳定性能。

（４）抗疲劳性能。

抗疲劳性能能够反映沥青混合料抵抗车辆荷载反复作用下的弯拉应力的能力，对沥青混合料

的耐久性具有重要的影响，本文采用小梁弯曲疲劳试验对橡胶沥青混合料的抗疲劳性能进行研究。试验采用控制应变的方式进行疲劳试验，控制的应变为３００弘ｅ。疲劳试验的温度为１０℃，试验结果如表６所示。同时以ＳＢＳ改性沥青ＳＭＡ做对比分析。

由试验结果可知，在相同的应变条件下，橡胶沥青ＳＭＡ混合料的抗疲劳性能明显要优于ＳＢＳ改性沥青ＳＭＡ，提高了将近１倍，说明采用橡胶粉改性

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Ｓｅｐ．２００９

Ｎｏ．９

文章编号：０４５１－－０７１２（２００９）０９－－０２８５－－０３中图分类号：Ｕ４１６．２１７文献标识码：Ｂ

沥青混凝土路面在低温状态下的力学分析

孔庆学，徐浩俊

（陕西省交通建设集团公司西安市７１００６４）

摘要：回弹模量是沥青混凝土路面设计中最重要的设计参数，其值随着温度的变化而变化，取值是否合理直接关系到沥青混凝土路面结构层的厚度及受力状态。根据国外的模量与温度的关系模型，分析了沥青混凝土路面在不同温度及模置下的力学状态。结果表明：随着温度的降低、模量的升高，在行车荷载的作用下沥青混凝土路面结构中的中性轴上移，最大拉应力逐渐增大，易导致路面出现裂缝。

关键词：沥青混合料｝回弹模量；拉应力

１问题的提出

我国的沥青混凝土路面设计向来奉行“强基薄面”的设计理念，半刚性基层为主要的承重层，起着抵抗行车荷载的作用；而沥青混凝土面层则是主要的功能层，起着防水、抗滑、提高平整度和改善行车条件的功能性作用，在常温条件下，沥青混凝土面层处于受压状态。我国的沥青混凝土路面设计采用弹性层状体系，以设计弯沉为设计指标，基层层底的拉应力为验算指标，认为在常温状态下沥青混凝土面层层底以受压为主，因此沥青混凝土路面的疲劳寿命以受拉的基层或是底基层

控制。但是，众所周知，沥青混合料的模量随着温度的降低而增大，使得沥青混凝土路面结构的受拉区上移，面层的受压状态变为受拉状态，出现拉应力。当温度足够低时，沥青混凝土面层中的拉应力超过极限拉应力，发生受拉破坏，使沥青混凝土路面出现裂缝。而在实际设计沥青混凝土路面结构时，混合料的模量只是按照混合料的类型取规范中值，并没有根据所在地的气候条件进行混合料的模量试验。为了使设计参数尽量合理化，有必要针对所在地的气候条件，确定合理的混合料抗压回弹模量并进行力学分析。

收稿日期：２００９—０８—０７

表６沥青混合料疲劳试验结果（１０℃）

混合料类型

应变为３００“Ｅ的疲劳试验值

橡胶沥青ＳＭＡＳＢＳ改性沥青ＳＭＡ

１８４．２５

９９．０３

参考文献：

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［３］张占军，曹东伟，胡长顺．水泥混凝土桥面沥青铺装层

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３结语

１６—１９．

［４］姚勇，等．长大纵坡桥面沥青混凝土铺装层力学分析

针对桥面铺装产生主要以变形类和裂缝类为主的一些早期损坏，对沥青混合料铺装材料提出了需要具备的一些较路面材料更高的要求。结合国内外对铺装层材料的研究，选用橡胶粉改性沥青，对其进行室内路用性能试验，结果表明橡胶粉改性沥青Ｓ／ｖＩＡ具有优良的抗疲劳性能、较好的抗水损坏性能和较强的抗剪性能，能够满足桥面对铺装层材料性能的要求。

［Ｊ］．公路交通科技：应用技术版，２００９，（４）：１１３—１１４．［５］黄晓明，王捷，陈仕周．大跨钢桥桥面铺装结构受力分

析［Ｊ］．土木工程学报，１９９９，３２（１）１３７—４２．

［６］方福森．路面工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９６．［７］游庆龙．废旧轮胎橡胶粉改性沥青及橡胶沥青ＳＭＡ

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/utj1.html