旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土罩面橡胶沥青应力吸收膜的施工实践
摘 要：本文在了解国内外许多旧路改造实践工程的基础上，基于清远市广清大道的改造实践，通过调查及试验、检测，提出了橡胶沥青应力吸收膜的设计和施工工艺及质量控制技术；
关键词： 旧水泥混凝土路面；橡胶沥青应力吸收膜
引言
近年来，旧水泥混凝土板不断出现了破碎板、断板、裂缝、错台、脱空、唧泥、沉陷等不同程度的损坏，年年翻修，养护费用较大，影响行车舒适和安全。旧水泥混凝土路面的加铺主要有两种方式：一种是在旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土，另一种是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土。由于沥青罩面能有效地改善旧水泥路面的使用性能，同时充分利用旧水泥路面的结构承载能力，造价低，施工方便，施工速度快，且对交通、环境影响小，因此采用沥青加铺罩面层技术在国内外旧水泥路面改造工程中的应用最多。
然而这种复合式的路面结构涉及刚性路面、柔性路面两种不同的路面结构形式，不仅结构中上、下层材料差异大，而且旧路面板上存在大量的接缝和裂缝，及错台、脱空等损坏，这些型式不同、严重程度各异的损害会使这种复合结构中很多部位会产生应力奇异性、应力较大，容易引起罩面层在旧水泥混凝土路面板块的裂/接缝处产生反射裂缝。反射裂缝的产生一方面引起路面结构的整体性产生破坏，结构承载能力降低，而且使雨水更容易地渗透到路面结构内部，进一步加速路面结构的损害，所以反射裂缝出现后会降低路面使用性能，缩短沥青混凝土罩面层的使用寿命。所以对于反射裂缝考虑采取合适的措施和材料来控制或延缓其产生与发展的速度，是道路工作者必需面临的问题。
橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力，其抗老化性能和抗疲劳性能更优于其它改性沥青混合料，已有的研究表明橡胶沥青应力吸收层（SAMI）对防止和减少旧水泥混凝土路面上的沥青混凝土罩面层的反射裂缝有明显的效果，能明显地延长罩面结构产生反射裂缝的时间。鉴于此，本文拟采用橡胶沥青应力吸收膜作为一种沥青混凝土罩面结构的抗裂方案，在旧水泥混凝土路面与沥青混凝土罩面结构层之间，利用其优良的抗变形能力来抑制反射裂缝的产生。通过试验比较，选定了橡胶粉的种类、细度、拌合温度等参数，并从橡胶沥青的力学性能和施工性两方面考虑，确定了胶粉的合适掺量；通过试验，确定了用于橡胶沥青应力吸收膜的橡胶沥青洒布量、单一粒径碎石的规格与单位面积的洒布量；同时对其施工工艺与质量控制技木进行了总结。
一、橡胶沥青的设计
橡胶沥青的技术性能与生产工艺、胶粉类型、基质沥青、胶粉掺量等关系密切，通过室内试验研究这些因素对橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等的影响，对于橡胶沥青在应用中的原材料选择、工艺控制均具有重要意义。
本文采用不同胶粉种类、胶粉细度、拌和温度、基质沥青类型等制备了橡胶沥青，进行了包括针入度、软化点、弹性恢复以及SHRP指标试验等试验项目，研究各因素对橡胶沥青性能的影响，从而提出了本项目中橡胶沥青所选用的基质沥青、橡胶粉种类及其掺量、拌合温度等参数。
本文所采用的原材料及其基本性能如下：
①橡胶粉
由南京东浩橡胶粉公司提供，细度有20目、40目、60目三种，检测密度为1.17g/cm3，满足1.10～1.20 g/cm3要求，其含水率为0.6%。
②基质沥青
基质沥青采用茂名AH-70基质沥青，其技术指标如表1所示。
1、橡胶粉种类及细度对橡胶沥青性能的影响
为分析橡胶粉种类及其细度对橡胶沥青改性效果的影响，分别采用两种不同种类、三种不同细度的橡胶粉对茂名AH-70道路石油沥青进行改性，拌和温度为175℃，橡胶粉掺量均为20%，橡胶沥青的性能列于表2及图1～图6。
由表2可以看出：橡胶粉加入到基质沥青中对基质沥青起到了良好的改性效果，针入度下降，软化点提高，高温性能、低温性能都得到了明显的改善。从老化后疲劳开裂因子G*·sinδ来看，31℃时G*·sinδ值在300kPa左右，远小于上限要求5000kPa，表明橡胶沥青具有较好的抗老化性能和抗疲劳性能。
对比不同橡胶粉种类的橡胶沥青的软化点、抗车辙因子及针入度指标，可以发现货车轮胎胶粉橡胶沥青的常温和高温性能要优于小车轮胎胶粉橡胶沥青；前者老化后的抗疲劳指数G*sinδ也较低，说明其抗老化性能及抗疲劳性能也要优于后者；从低温时蠕变劲度S来看，货车轮胎胶粉橡胶沥青也占明显的优势；从弹性恢复指标来看，货车轮胎橡胶沥青同样要比小车轮胎橡胶沥青的弹性恢复性能要好。因此，从橡胶粉的来源考虑，货车轮胎胶粉的改性效果明显优于小车轮胎胶粉。
对比不同细度橡胶粉改性沥青的各项指标可以看出：20目橡胶粉改性沥青的高温性能优于40目和60目橡胶粉改性沥青，三者的低温以及抗疲劳性能则比较接近。
综合而言，货车轮胎胶粉橡胶沥青的性能要优于小车轮胎胶粉橡胶沥青，且20目的货车轮胎胶粉橡胶沥青的各项性能相对是最好的。所以本项目决定选用20目的货车轮胎橡胶粉。所以，以下各项试验都采用20目货车轮胎胶粉。
2、橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响
橡胶粉掺量是影响橡胶沥青技术性能的主要参数之一。本文为优化橡胶沥青的配比，通过制备不同橡胶粉掺量的橡胶沥青（拌和温度为175℃），然后对其分别进行性能试验。结果见表3。
从上表可以看出：随着橡胶粉掺量增加，橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增加。当橡胶粉掺量从12%提高到24%时，软化点提高了28.8℃，弹性恢复提高了11%，车辙因子提高了6～8倍，-18℃劲度模量减少了75%，这说明增加橡胶粉掺量对于提高橡胶沥青的性能是非常有利的。
但同时应注意到橡胶沥青的施工性能，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青在施工温度下的粘度会随之升高，过高的粘度会给沥青的泵送以及混合料的拌和、摊铺等带来困难。美国Arizona州规定橡胶沥青在177℃时的粘度应在1.5～4.0Pa·s之间，以满足施工的要求。本文对几种不同掺量的橡胶沥青在177℃时的粘度进行了测试，结果见表4及图7。
橡胶沥青生产过程中的拌和时间一般为60分钟左右，因此橡胶沥青在60分钟前后的粘度对施工控制尤为重要。由图7可见，掺量为16%、18%时，橡胶沥青拌和60分钟时的177℃粘度在1.5～4.0Pa·s之间，且粘度曲线比较平缓，有利于橡胶沥青的施工控制。橡胶粉掺量为20%时，橡胶沥青拌和60分钟左右的177℃粘度远大于4.0Pa·s，此时沥青及混合料的施工将会比较困难。因此，对于研究所用的原材料和工艺条件，橡胶沥青的胶粉掺量以16～18%左右比较合适。
3、拌和温度对橡胶沥青性能的影响
拌和温度是橡胶沥青的重要施工控制条件，拌和温度直接影响橡胶粉与沥青熔融的速度和程度，从而对橡胶沥青的技术性能有明显影响。不同拌和温度下制备的橡胶沥青的各性能指标测试结果见表5所示。
根据橡胶 沥青 在-18℃与-24℃时 弯曲 流变 试验 的蠕 变劲 度S与m值，发现 橡胶 沥青 在175℃温度下生产的橡胶沥青低温性能相对较差。不同拌和温度下橡胶沥青的针入度、软化点指标规律性不强，而其车辙因子G*/sinδ和抗疲劳因子G*sinδ则表现出明显的规律性：随着拌和温度的升高，橡胶沥青的抗车辙因子逐渐降低，抗疲劳因子逐渐升高，表明过高的拌和温度对于橡胶沥青的高温性能和抗疲劳性能均不利。
4、橡胶沥青的设计
综合分析上述各试验结果，从橡胶沥青的力学性能和施工角度考虑，最终确定本项目拟采用的橡胶沥青的参数如下：
橡胶粉采用20目的货车轮胎胶粉，基质沥青采用茂名70号沥青，橡胶粉的掺量为18%，拌合时间为1h。
二、橡胶沥青应力吸收膜的设计
1、橡胶沥青的用量
根据相关资料，橡胶沥青应力吸收膜的沥青洒布量一般采用2.0～2.6kg/m2，当采用预裹附的集料时，沥青用量可适当减少。本文确定采用的橡胶沥青用量为2.3 kg/m2。
2、碎石及用量
①本文采用9.5mm～13.2mm单一粒径的花岗岩碎石，要求石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石，应选用反击式破碎机轧制的碎石。SAMI用集料技术要求见表6。
应力 吸收 膜中单一 粒径碎石 的撒布 量一般采用12～16kg/m2，根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度。本文模拟进行了碎石撒布量的实验，以铺满为标准（如图4.8所示），确定撒布量为14kg/m2。
通过室内试验研究了橡胶沥青的技术性能随橡胶粉种类、细度、橡胶粉掺量、拌合温度、拌合时间等因素的变化规律，并根据试验结果确定了本项目中橡胶沥青的橡胶粉种类、细度、掺量及拌合温度和拌合时间等参数；确定了橡胶沥青应力吸收膜的橡胶沥青洒布量及单粒径碎石及其撒布量。主要有以下结论：
1、基质沥青中掺入橡 胶粉 后， 高温 性能、低 温 性能、抗老化性能、抗疲 劳性能 等都有 明显 改善。
2、20目的货车轮胎 胶粉改性橡胶沥青的各项性能较优于其他各种橡胶粉。
3、增加 胶粉掺 量可提高橡胶沥青的 技木性能，但考虑到施工性，橡胶粉的掺量以16%～18%左右为宜。
4、过高 的搅拌 胶粉温度对橡 胶沥青 的高 温性 能存在 不利影响。
5、根据室 内试验 结果，确 定橡胶粉掺量为18%，搅拌试件为1小时。
7、确定 了橡SAMI的 沥 青用 量为2.3 kg/m2，撒布9.5mm～13.2mm单一粒径碎石，用量为14kg/m2。
三、橡胶沥青应力吸收膜的施工技术及质量管理
在处治后的水泥混凝土 路面板上铺筑一层厚度为1cm的橡胶沥青应力吸收膜（AR-SAMI），其材料 设计及施工工艺如下：
1材料准备
（1）橡胶粉：南京东浩橡 胶粉公司20目的货车轮胎橡胶粉；
（2）基质沥青：茂 名AH-70A沥青；
（3）单一粒径碎石：清远佛冈石场产9.5mm～13.2mm单一粒径的花岗岩碎石；撒布量为14kg/m2。
（4）橡胶粉掺量：18%。
（5）橡胶沥青用量为2.3kg/m2。
2设备
（1）生产
橡胶沥 青生产设备：1台
挖掘 机：1台（橡胶粉上料用）
装载 机：1台（碎石上料用）
拌和 楼：用于烘 干碎石
（2）施工
橡胶沥青洒布车：1台（洒铺橡胶沥青用）
碎石撒布车：2台（洒铺碎石用）
轮式压路机：2台（碾压用）
洒水车：1台（供应压路机及碎石洒布车用水）
其中橡胶 沥青生产设备与橡胶沥青洒布 车是金邦科技发展有限公司进口的专 用橡胶沥青施工的机械设备，见图9所示。
图9 橡胶沥青生产设备
3 橡胶沥青应力吸收膜施工工艺
⑴施工 前应对旧水泥混凝土路面进行 清扫、吹尘和清洗
先人工用竹扫帚将旧水泥混凝土路面表面进行全面清扫，再用2～3台森林灭火鼓风机沿纵向排成斜线将浮灰吹净，若不能达到"除净"的要求，则用水冲洗，然后再吹干水分。
⑵生产橡胶沥 青
应采用间歇式方式生产。应准确控制各材料的比例，对成品橡胶应及时进行性能检验，以保证符合设计要求。
⑶洒布橡胶沥 青
①在橡胶沥青洒布车的起步位置、终止位置应铺工程纸，以准确进行橡胶沥青的横向衔接，洒布车经过后及时取走工程纸；
②启动橡胶沥青撒布车，按设计的洒布 量准确地控制洒布沥青；
③洒布时应在纵向与已洒布橡胶沥青的区域重叠10cm左右；
④撒布碎石前，禁止任 何车辆、行人通过橡胶沥青层。
⑷撒布单一粒径碎石
施工橡胶沥青应力吸收膜用的单一粒径碎石在撒布前，应采用沥青混凝土拌合楼进行干燥、除尘、过筛，然后运至施工现场备用。
在橡胶沥青洒布车撒布橡胶沥青后，应立即撒布单一粒径的碎石，碎石撒布车可紧跟在沥青洒布车后，以倒退的方式撒布碎石。碎石撒布 量按设计使用量，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒布过量、出现堆积的地方，应人工予以清扫；当局部碎石撒布量不足时，应人工补足。
⑸碾压
碎石撒布后应立即采用25T以上的胶轮压路机进行碾压。两台胶轮压路机应紧跟碎石撒布车，同时进行碾压。碾压3遍，从橡胶沥青洒布到碾压完成的整个工序，应在表7规定的时间内完成。
⑹在铺筑罩面层沥青混合料前，应采用人工清扫橡胶沥青应力吸收层，扫除没有粘结的松散碎石，避免影响SAMI层与沥青罩面层层的粘结。
⑺橡胶沥青应力吸收层施工完成后，应尽快安排摊铺罩面层沥青混合料，中间不开放交通，若期间必须开放交通，须待SAMI施工完成3小时后方可开放交通，但车速不宜超过25km/h，且汽车不得在刚施工的SAMI层上转弯、掉头。在罩面层沥青混合料施工前须在SAMI层上洒一层粘层油，洒布量宜控制在0.25kg/m2左右。
4橡胶沥青应力吸收膜施工质量管理
⑴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。
⑵检验方法 及检验 标准见表8。
将要洒布沥青时，在标准尺 寸矩形容器内置沥青油毡，称其重量并置于洒布车前5～10m，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 脑调节装置调节洒布量，直到达到设计洒布量为止。
②碎石撒布量控制
将要撒 布碎石时，取一标准尺寸 矩形容器称其重量并 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 际撒布量，然后通过调节 装置直至调到设计撒 布量为止。
以清远市广清大道的旧水泥混凝土路面改造为依托，根据各种抗裂措施和方法的工程实践，选定了橡胶沥青应力吸收膜作为本项目的抗裂方案；通过对不同橡胶粉改性沥青的试验研究，优化了橡胶沥青的橡胶粉种类、细度、掺量、拌合温度、拌合时间等参数；通过试验，提出了橡胶沥青应力吸收膜的沥青洒布量和碎石撒布量；对依托工程进行了跟踪观测，结果表明本文提出的橡胶沥青应力吸收膜设计及施工方案是合理的。
参考文献
[1] 公路水泥混凝土路面养护技术规范. 人民交通出版社，2001
[3] 李淑明.旧PCC路面上AC加铺层设计方法的研究[R].同济大学. 2002
[4] 胡长顺，王秉纲.复合式路面设计原理与施工技术.北京：人民交通出版社，1999
[5] 沙庆林，王旭东.水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的技术研究. 公路，2002.11