高速公路橡胶沥青试验路段路面结构与材料组成研究

丛延科

(河北省高速公路衡大管理处)

1 试验路段路面结构设计理念

1.1 材料性能

沥青混合材料的相关性能直接影响着路面结构的性能和使用周期，一般在结构设计中一定要考虑材料的影响，路面一般常见的病害有裂缝、基础损害等，因此，使用的沥青材料必须要具备抗裂性能，同时有很好的水稳定性能，当路面积水时，能及时排除水分，避免出现裂缝等质量问题。一般影响路面结构的因素主要有:表面层的防滑和耐磨性能，在低温下能防裂等性能;中层面主要是考虑高温下的稳定性，抗车辙的能力;下面层主要是考虑路面结构的防治反射裂缝等方面的能力。

1.2 试验条件

本次试验研究路段路面相关参数设计如下，根据交通局提供的资料，某路段路面通车量为12000辆/d，预期设计年限每年病害增长率为5.9％。预期使用年限为10年，设计年限内的累积当量轴次统计为1556.2×103次，道路拉应力为1780.5×103次，道路结构弯沉值β为18.6mm。根据橡胶沥青材料的特性，结合路段路面各个层面的使用情况进行综合考虑，同时针对路基病害出现的原因进行分析，利用相关理论系统和计算方法对其损害情况进行计算。本次研究选取两种橡胶沥青材料进行对比分析，一种是4cm密断级配橡胶沥青混合材料RAC-13、8cm粗粒使沥青混合材料RAC-25、1cm橡胶沥青应力吸收层以及43cm水泥稳定碎石基层;另一种是4cm密断级配橡胶沥青混合材料RAC-13、5cm中粒式橡胶沥青混合材料RAC-20、7cm粗粒式沥青混合材料RAC-25。试验采用重型压实机械，保证密实度，本次选取的两种路面结构都具有良好的路段路面性能，且密实不透水。

1.3 试验方法

结构Ⅰ的试验选取采用橡胶沥青应力吸收层，吸收层主要功能是能分散路面载荷，防止部分因受力过度而出现断裂问题，如果道路面比较薄，还可以增加路面横截面，降低投入成本。结构Ⅱ的中面层采用RAC-20和AC-20C，主要是考虑沥青混合材料的高温性能。通过对两种不同型号的沥青混合材料进行试验，观察和分析材组成与路面结构之间的关系。

2 高速公路橡胶沥青路段路面铺设材料设计

2.1 试验路面使用的原材料

本次研究选取对象使用的原材料是AH-70C重交沥青内掺和18％的废胎胶粉，使用专业的工具将原材料均匀搅拌，使其在高温中融合、发育反应配置而成，其性能指标符合《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求，沥青材料具有良好的抗高温性能和耐低温能力，能满足项目的基本需求。本次试验使用的粗细集料主要有几种不同规格的型号，如20-30、15-30、10-15等集料的表面干净、干燥、光滑，矿粉选用优质的石灰石研磨而成，均能达到高质量标准要求。

2.2 试验路段路面橡胶沥青材料组成级配设计方法

级配设计时，一定要考虑材料的间断级配和开级配等方面的性能，关键是材料的体积所决定，该项目采用矿料主骨空隙体积填充方法(CAVF)，首先确保橡胶沥青骨料的密实性，选用比较合理的石油比，这样能有效提高橡胶沥青混合料的综合性能，以达到理想的路面结构铺设效果，延长整个路面的使用周期。CAVF这种方法能具有一定的科学性，能保障骨料顺利嵌入，还能保证沥青、矿粉等主骨架形成空隙完成填充。根据CAVF填充方法计算方法，在填充前，先测量主骨料的孔隙率，根据试验结果确定主骨料的使用量，最终确定铺设所需要使用的沥青量。主骨料空隙率的计算为:

其中q1、q2、q3分别表示粗集料、细集料以及矿粉的用量所占的百分数，VCA、VV表示密封下粗集料骨架间隙率和沥青混合料设计目标孔隙率。

2.3 混合橡胶沥青材料配合比例

将本次试验中的结构Ⅱ选为试验对象，采用CAVF方法进行试验，确定主骨架混合料的使用数量，结构Ⅱ中的粗集料为10～15mm、3～5mm等规格，细集料采用3～6mm，得出密实情况下的用量，通过上述公式计算得出，结构Ⅱ中主骨架孔隙率为45％，经原材料试验可知，细集料、矿粉表观密度分别为2.045g/cm3和2.545g/cm3，橡胶沥青相对密度为0.981，沥青用量以及矿粉用量分别为7％和2％，设计目标孔隙率为3％。而经过式(1)和式(2)可以得到结构Ⅱ中粗集料和细集料的配给比例分别为6.8％RAC-25和7.0％RAC-20，分别进行级配设计，这种混合材料的油石比相比较大，其性能不同于一般的改性沥青，其中含有18％的胶粉，其粘度比较好，是本次试验路面解雇中最佳的沥青使用材料和级配比。这种材料的油石比为7.1％和6.2％，橡胶沥青混合料的性能均具有良好的高温稳定性和低温抗裂性，动稳定度超过3300次/mm，能承受车辙的碾压，且迷失不透水。

3 试验路面结构设计的可行性测试与分析

橡胶沥青的黏度比较大，在使用这种材料铺设路面时，可以节省很多工作环节，不用进行路面的捣实，同时不需要使用重型钢轮碾压路机，简化工作流程，在高温状态下将橡胶沥青混合材料碾压密实。其次，在铺设过程中使用橡胶沥青混合材料进行施工时，在密封的条件下进行，这样能保证沥青铺设能达到理想的效果，且密实度非常高，属于一种无核的密实操作，具有可行性和科学性。最后，该路段路面经过CAVF试验之后，在沥青铺设时，使用科学的原材料配合比例，根据单位观察发现，在沥青路面施工阶段，道路路面并为发生路面病害，表明试验结果非常成功，两种不同结构类型的沥青路面设计均能满足路面施工质量要求，其结构性能和衰减对比仍需要进一步观察。

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