抗车辙路面技术.docx
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抗车辙路面技术
抗车辙路面技术
目前国内主流的抗车辙路面技术主要有抗车辙剂,橡胶沥青路面技术,灌入式复合路面技术等,根据不同的气候条件,交通路况,工程性质选择合适的技术实施.下面介绍的是由江苏东交工程设计顾问有限公司开发的维他橡胶沥青路面技术和灌入式复合路面技术:
一、维他橡胶沥青路面简介
1、介绍
维他橡胶沥青是一种采用干法工艺生产的橡胶沥青混合料，其通过在拌合楼集料干拌中，加入橡胶粉和维他连接剂而形成。
与传统橡胶沥青物理熔融状态不同，维他橡胶沥青由于维他连接剂的加入，能将硬沥青质和软沥青质中的硫与橡胶屑表面的硫交联起来形成一大环状和链状聚合物组成的网状结构，从而有效改善沥青混合料性能。
维他橡胶沥青放大5000倍电镜照片
橡胶沥青放大5000倍电镜照片
维他橡胶沥青放大10000倍电镜照片
橡胶沥青放大10000倍电镜照片
维他橡胶沥青放大20000倍电镜照片
橡胶沥青放大20000倍电镜照片
通过维他橡胶沥青相关课题研究表明，维他橡胶沥青路面具有以下特点：
（1）具有极佳的高温稳定性、低温稳定性和抗疲劳性能。
（2）应用表明，该橡胶沥青混合料改变传统橡胶沥青易离析、施工和易性差、路用性能不稳定等不足。
（3）且施工工艺简单，与常规沥青混合料摊铺、碾压基本一致，相比传统橡胶沥青，其有害气体排放量明显降低。
（4）实体工程应用表明，维他橡胶沥青路面具有良好的抗车辙、抗裂缝性能、有效延长路面使用寿命。
（5）但是该混合料由于维他连接剂改善橡胶沥青混合料性能需要一定的时间，使得沥青混合料从生产完到摊铺需要至少闷料1小时，需要施工方对前后场施工进行精细化管理，否则将有可能影响施工效率。
结合相关研究，维他橡胶沥青可应用于沥青各结构层中，应用于交叉口、货用通道等易发生车辙路段，能有效提高沥青路面抗车辙性能。
2、相关试验数据
2.1高温性能
采用车辙试验作为维他橡胶沥青路面混合料高温稳定性的评价方法。
试验数据见表2-1和图2-1。
表2-1不同级配混合料的动稳定度试验结果
级配类型
橡胶粉掺量（%）
动稳定度（次/mm）
ARAC-13-D
（干法）
15
5190
20
5673
25
6143
SBSAC-13
//
4227
ARAC-13
（湿法）
15
3408
20
3738
25
3930
ARSUP-20-D
（干法）
15
5193
20
5460
25
5800
SBSSUP-20
//
3993
ARSUP-20
（湿法）
15
3207
20
3389
25
3642
图2-1各类型混合料动稳定度试验结果
（1）橡胶沥青车辙试验表明，混合料的动稳定度均随橡胶颗粒掺量的增加而增大，这说明橡胶颗粒的掺入不同程度地提高混合料的高温稳定性；
（2）在橡胶沥青中掺加了TOR之后，橡胶沥青混合料的动稳定度有了较大幅度的提高，其动稳定度大于SBS改性沥青混合料，这表明TOR能提高橡胶沥青混合料的高温性能。
2.2低温抗裂性
路面裂缝是沥青路面常见病害，裂缝的产生导致路面强度明显降低，影响沥青路面的使用性能，并加速沥青路面的破坏。
采用低温小梁弯曲试验来研究沥青混合料的低温性能，通过规定温度和加载速率时混合料弯曲破坏的力学参数——破坏弯拉应变来评价沥青混合料的低温抗裂性能，试验温度-10℃。
试验结果见表2-2和图2-2。
表2-2不同级配混合料的小梁弯曲试验结果
级配类型
橡胶粉掺量（%）
低温小梁弯曲应变（-10℃），με
ARAC-13-D（干法）
15
3035
20
3178
25
3234
SBSAC-13
//
2348
ARAC-13（湿法）
15
2743
20
3013
25
3245
ARSUP-20-D（干法）
15
2734
20
3057
25
3253
SBSSUP-20
//
2134
ARAC-20（湿法）
15
2854
20
3276
25
3495
图2-2各类型混合料低温小梁弯曲试验结果
分析低温弯曲试验结果可得如下结论：
（1）在低温条件下，随着胶粉加入量的增加，橡胶沥青混合料的破坏弯拉应变升高，说明橡胶颗粒的加入，使得混合料低温性能有一定的提高。
（2）维他干法橡胶沥青混合料低温性能与传统湿法橡胶沥青混合料基本相当。
（3）与SBS改性沥青混合料对比，采用橡胶粉改性的沥青混合料的低温性能得到大幅度提高。
2.3抗水损害性能分析
水损害是沥青路面的主要病害之一。
采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验共同评价橡胶沥青混合料抗水损害性能。
各种混合料水稳定试验结果见表2-3。
表2-3不同级配混合料的性能试验结果
级配类型
橡胶粉掺量（%）
浸水马歇尔残留稳定度S0（%）
冻融劈裂强度比（%）
ARAC-13-D（干法）
15
87.3
83.9
20
90.4
85.4
25
88.3
89.7
SBSAC-13
//
87.4
84.6
ARAC-13（湿法）
15
88.5
88.3
20
89.4
85.2
25
91.5
87.8
ARSUP-20-D（干法）
15
88.9
84.6
20
87.2
85.9
25
88.6
90.5
SBSSUP-20
//
91.1
86.3
ARAC-20（湿法）
15
87.4
83.7
20
88.5
86.5
25
90.4
89.2
不管是上面层还是中面层，橡胶沥青混合料的冻融劈裂强度比和浸水马歇尔强度比和SBS改性沥青混合料相比有一定变化，变化的范围比较小，在正常的实验波动范围内，说明随着橡胶粉的加入，橡胶沥青混合料的水稳定性和SBS改性沥青混合料相当，满足规范要求。
2.4抗剪性能分析
沥青混合料的剪切破坏主要是沥青混合料的高温稳定性不足，在荷载作用下产生永久变形和剪切推移，致使路面出现车辙和拥包等现象。
因此采用直剪仪（如图2-3所示），通过直接剪切试验模拟路面在行车作用的实际情况，用来评价沥青混合料的抗剪切性能。
试验数据汇总表2-4所示。
图2-3直接剪切仪
表2-4混合料剪切试验数据汇总表
级配类型
橡胶粉掺量（%）
混合料最大剪切力代表值（kN）
20℃
60℃
SBSAC-13
//
11.2
4.7
ARAC-13-D（干法）
15
13.4
5.6
20
15.6
5.9
25
17.9
6.2
ARAC-13（湿法）
15
9.2
3.4
20
9.4
3.9
25
9.8
3.9
SBSSUP-20
//
10.9
4.0
ARSUP-20-D（干法）
15
12.5
5.3
20
13.7
5.6
25
15.7
5.7
ARSUP-20（湿法）
15
8.4
3.2
20
9.2
3.5
25
9.4
3.7
通过分析各类型混合料的直剪试验结果表明：
（1）橡胶粉添加量影响着混合料的抵抗剪切变形的能力，试验结果表明混合料的抗剪能力随着橡胶粉含量的增加而有着不同程度的提高。
（2）维他橡胶沥青混合料抗剪强度明显高于同属于密级配的SBS改性沥青混合料，这表明维他橡胶粉掺入混合料后，能较大幅度的提高混合料的抗剪性能，从而提高维他橡胶沥青路面抵抗剪切变形能力。
（3）与SBS改性沥青混合料和维他橡胶沥青混合料相比，湿法橡胶沥青的抗剪能力较差，这将导致该种路面在重载交通作用下，更容易发生推移、车辙等路面变形。
（4）60℃抗剪试验反应高温季节时路面抵抗剪切变形的能力。
结果表明，在高温条件下，维他干法橡胶沥青混合料混合料抗剪能力明显优于湿法橡胶沥青和SBS改性沥青混合料。
3、应用实例
应用工程
路面结构形式
施工日期
施工规模
1
黄衢南高速一期工程
8cmAC-25+6cmARAC-20+4cmARAC-13
2008年5月
1.5km
2
224省道昆山周市至常熟任阳段养护改善工程
8cmARAC-20下面层+4cmARAC-13
2009年10月
1km
3
常熟S227养护大中修工程
8cmARAC-20下面层+4cmSMA-13
2009年10月
2.6km
4
浙江申嘉湖杭高速公路练杭段L12标
8cmAC-25+7cmAC-20+2cmARSMA-5
2009年11月
1km
5
江苏省京沪高速路面养护工程
8cmSUP-25+6cmARSUP-20+4cmARSUP-13
2010年5月~10月
20km
6
无锡惠橙路
8cmARAC-20+4cmARAC-13
2010年9月
2个交叉口，共400m
7
江阴芙蓉大道养护工程
8cmARAC-25+4cmARAC-13
2010年10月
3个交叉口共600m
8
黄衢南高速一期工程
8cmAC-25+6cmARAC-20+4cmARAC-13
2010年10月
1km
9
无锡惠南路新建工程
8cmARAC-25+4cmARAC-13
2011年3月
2km
10
南京123省道路面养护中修工程
8cmAC-25+4cmARAC-13
2011年4月
2个交叉口共400m
11
苏州S224养护大中修工程
8cmAC-20+4cmARSMA-13
2011年10月
1.5km
12
南京绕城高速改造工程铁心桥服务区段
8cmARAC-20+4cmARSMA-13
2012年5月
1.3km
13
无锡江阴市养护工程
/
2012年~2015年
全市交叉口处治
14
无锡锡玉路
8cmARAC-20+4cmARSMA-13
2014年5月
2个交叉口共400m
15
无锡S230养护中修工程
8cmARAC-20+4cmARSMA-13
2015年9月
3个交叉口共500m
4、相关照片
图4-1现场施工照片，和常规沥青混合料施工相同
图4-2江阴芙蓉大道通车3年后现场情况
（三条省道汇合，交通量极大）
二、灌入式复合路面
1、介绍
灌入式复合路面就是针对刚性和柔性两种路面各自的特点，研究开发出一种新型的路面，它是指在基体沥青混合料（空隙率高达20%~28%）路面中，灌注以水泥为主要成分的聚合物特殊浆剂而形成的复合路面，它利用嵌挤原则，通过骨料之间的相互嵌挤作用和灌注式的胶浆共同形成材料强度，提高了路面抵抗荷载作用的能力，同时，其高温稳定性能大大优于普通沥青混凝土路面，其低温抗裂性能、抗疲劳性能和抗滑耐磨性能也都优于普通沥青混凝土路面。
它是一种既保留沥青混凝上路面主要使用品质，又具有水泥混凝土路面部分性能的路面结构型式。
同时，灌入式复合路面还具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑和易着色等特性。
使得这种路面结构具有广泛的应用前景。
经研究，该混合料具有以下优点：
（1）具有极佳的抗车辙性能，有效延长路面使用寿命。
（2）施工成本低。
（3）着色简单，可应用彩色路面。
2、相关试验数据
2.1高温性能
采用车辙试验作为灌入式复合路面混合料高温稳定性的评价方法。
试验数据见表2-1和图2-1。
表2-1不同级配混合料的动稳定度试验结果
混合料类型
灌浆饱满度（%）
动稳定度（次/mm）
测试值
平均值
SBS-GRAC-13
96.4
11700
13600
96.7
14500
97.1
14600
70#-GRAC-13
96.5
12900
12500
96.7
13350
96.2
11250
SBSAC-13
//
4960
5130
//
5520
//
4910
SBS-GRAC-20
96.3
11500
11240
97.1
11900
96.9
10320
70#-GRAC-20
97.3
12000
11700
96.2
10900
96.5
12200
SBSAC-20
//
5100
4960
//
4770
//
5010
说明：
GRAC为灌入式复合路面，SBSAC为改性沥青路面。
图2-1各类型混合料动稳定度试验结果
试验结果表明：
（1）灌入式复合路面混合料高温稳定性明显高于常规SBS改性沥青混合料。
由于灌入材料的加入，改变了原沥青混合料在高温状态下易发生变形的性质，大幅度地提高了混合料的高温性能。
（2）由于在混合料中，灌入材料的硬化起到主要抵抗变形的作用，而胶结料对抗车辙贡献相对较小，这使得采用两种不同胶结料的灌入式复合路面混合料，高温性能相差不大。
2.2抗剪性能分析
传统沥青混合料的研究认为：
沥青混合料的剪切破坏主要是沥青混合料的高温稳定性不足，在荷载作用下产生永久变形和剪切推移，致使路面出现车辙和拥包等现象。
从试验的简单，实用，易推广的角度考虑，车辙试验能够模拟路面在荷载作用下的车辙产生过程，而被广泛的采用，直接剪切试验能近似的模拟纯剪切应力状态，比较符合路面的实际情况，可以用来评价沥青混合料的抗剪切性能。
直剪仪夹具（如图2-2所示），能直接安装在万能试验机上，可以充分利用万能机的保温方便，荷载和加载速率易控制，试验数据自动采集的优点，可以有效保证试验结果的准确性。
试验条件为：
加载速率：
1mm/min；试验温度：
20℃、60℃，试件在控温水浴箱里保温至少6h。
用直剪试验的最大剪应力值作为试件的抗剪强度。
为保证试验结果的准确性，每种混合料在一个温度下的试件为六个，试验结果取平均值。
试验数据汇总表2-2和图2-3所示。
图2-2直接剪切仪
表2-2混合料剪切试验数据汇总表
混合料类型
灌浆饱满度（%）
20℃混合料最大剪切力代表值（kN）
灌浆饱满度（%）
60℃混合料最大剪切力代表值（kN）
SBS-GRAC-13
96.4
20.2
96.3
19.3
70#-GRAC-13
96.1
19.9
97.2
20.2
AC-13
//
11.2
//
4.7
SBS-GRAC-20
96.3
18.4
96.8
17.6
70#-GRAC-20
96.8
18.2
96.3
16.4
AC-20
//
10.9
//
4.0
图2-3不同条件下各类型混合料剪切试验结果
通过分析各类型混合料的直剪试验结果表明：
（1）灌入材料的加入直接提高了灌入式复合路面混合料的抵抗剪切变形的能力，同时试验结果表明各种温度条件下灌入式复合路面混合料的抗剪能力明显高于常规SBS改性沥青混合料。
表明灌入式复合路面具有更高的抗变形能力。
（2）灌入式复合路面混合料中，胶结料性质对其抗变形能力影响较小。
（3）相比20℃试验结果，常规沥青混合料60℃抗剪切能力出现明显的下降，而灌入式复合路面混合料在60℃抗剪切性能与20℃抗剪切性能基本相当，表明在高温状态下，灌入式复合路面混合料仍然具有极佳的抗剪切性能，具有更好的抗车辙能力。
3、应用实例
应用工程
路面结构形式
基体沥青胶结料类型
施工日期
施工规模
1
浙江长兴小槐线新建工程
6cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
70#道路石油沥青
2011年9月
1km
2
江苏江阴S228养护大中修工程
8cmGRAC-20下面层+4cmSMA-13
橡胶沥青
2011年10月
1个交叉口共200m
3
江苏南通S221启东段养护大中修工程
6cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
70#道路石油沥青
2012年10月
1个交叉口共200m
4
江苏镇江S243养护大中修工程
6cmGRAC-20下面层+4cmGRAC-13上面层
70#道路石油沥青
2012年11月
1个交叉口共200m
5
安徽蚌固路新建工程
4cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
70#道路石油沥青
2013年6月
2个交叉口，共400m
6
江苏南通S336海门段养护大中修工程
6cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
70#道路石油沥青
2013年8月
2个交叉口共400m
7
徐州市养护大中修工程睢宁段
6cmGRAC-20下面层+4cmSMA-13
SBS改性沥青
2014年8月
2个交叉口共400m
8
江苏南通养护大中修工程S336启东、海门段
6cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
70#道路石油沥青
2014年11月
4个交叉口共800m
9
南京市S337养护中修工程
8cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
SBS改性沥青
2014年11月
3个交叉口共600m
10
镇江沿江公路养护工程
8cmGRAC-20下面层+4cmAC-13
SBS改性沥青
2014年12月~1月
共15000m2
4、部分芯样照片
2011年江阴S228国民路交叉口灌浆后芯样
2013年南通养护工程芯样
2014年徐州养护工程芯样
2014年南京S337养护中修工程芯样
5、通车照片
（1）2011年10月江苏江阴养护大中修工程
2011年江阴S228国民路交叉口处治以前路面车辙
2011年江阴S228国民路交叉口通车至今路面无车辙
（2）2012年10月江苏南通养护大中修工程
2012年10月江苏南通养护大中修工程通车至今无车辙
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