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橡胶沥青应力吸收层在公路施工中的应用
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橡胶沥青应力吸收层具体是通过均匀满铺单一粒径的石料在橡胶沥青层上，然后对其采取碾压施工，使得橡胶沥青受到挤压后，石料与橡胶沥青较好地混合在一起，从而使石料成为重要的结构性支撑。从以往工程实施效果表明，橡胶沥青应力吸收层具有高变形能力、弹性好、模量低等特点。高用量的橡胶沥青与单一的碎石强力粘贴，可以有效遏制沥青路面裂缝的反射，同时还能起到防止雨水向下渗透和粘贴的作用。
本工程为某公路施工建设项目。该公路的全长约为4.2km，宽为8m，横断面形式有两块板、三块板、四块板，1～3条纵缝不等，而且横坡度不一。在原设计方案中，路面结构层为20cm二灰碎石＋20cm水泥混凝土路面。在经过一段时间的运营使用之后，路面上出现了一定程度的病害情况，其中主要的病害问题为纵向裂缝、板块破碎以及平整度差等。因此为了有效确保路面的使用性能和使用寿命，需要对路面病害问题进行处理。
2白改黑方案选择
由于本工程所处地段重载交通较少，路面的病害问题较少，根据检测的结果，路面的弯沉值为56.7（0.01mm），变异系数为33.5%，大部分检测点的弯沉值在30以下。根据以上检测数据结果，结合路面抗滑性、平整度以及经济性等方面的要求，决定在不破坏原有路面的基础上，采用沥青混凝土罩面的施工方式对原水泥混凝土路面病害问题进行处理。沥青混凝土罩面方案的具体流程为：首先采用高分子抗裂贴对纵向接缝和横向接缝进行处理，接着在其上铺筑一层橡胶沥青应力吸收层，厚度控制在1cm，然后加铺两层沥青混凝土，分别为4cm的AC-13C型沥青混凝土和5cm的AC-16F型沥青混凝土。
3橡胶沥青应力吸收层施工技术
3.1橡胶沥青混合料材料选取⑴材料选取。鉴于材料对于橡胶沥青施工的重要性，在选取橡胶沥青混合料上，基质沥青首先应当选取国产优质沥青。应力吸收层所采用的碎石应满足质地坚硬、干净、干燥等方面的要求，同时其形状应接近立方体。本工程所采用的碎石为反击式破碎机轧制的碎石。一般情况下，沥青的集料重量应控制在0.4%～0.6%之间，以此对碎石进行预裹附。本工程采用的碎石是玄武岩。如表1所示为橡胶沥青应力吸收层集料规格。⑵设备配置。应力吸收层施工所需要的主要设备为橡胶沥青生产设备，现阶段该设备还未实现国产化，全部依赖进口满足。一般有15t/h和20t/h两种型号。在选用应力吸收层的设备配置时，主要需要考虑的是碎石撒布车和橡胶沥青洒布车的效率匹配问题，以此来保证应力吸收层的连续施工。常用的装载量为15～20t的碎石洒布车撒布宽度一般为3m，撒布一车石料需要约20～30min。碎石撒布车需要轮流撒布来保证橡胶沥青洒布车的作业连续。根据本工程的碎石堆放场地离本工程的施工现场运输距离的远近，本工程采用1台沥青洒布车，并配用2台碎石撒布车，碾压配备2台22t轮胎压路机。由于橡胶沥青的粘度较大，在施工过程中，洒布车和压路机的轮胎上可能会出现粘轮的问题，因此为了避免出现粘轮问题，需要在轮胎上喷洒适量的水。
3.2橡胶沥青应力吸收层的施工控制⑴针对旧水泥混凝土路面板块处理。本工程通过采取压浆处理方法，首先处理平均弯沉大于50（0.01mm）的板块，以及连续两块板横缝处的弯沉差大于10（0.01mm）的板块。可以采用高分子聚合物抗裂贴对原有老公路水泥面板间的施工缝隙、伸缩缝隙和一些小于3mm的裂缝进行粘贴。对于一些破碎板、脱空板和贯穿全板裂缝大于3mm的板块，首先可以将旧板块破碎，清扫里面的基层，然后再用C20混凝土修复松散的基层，最后重新灌筑混凝土面板。对于板角断裂应凿除破损的部分，应将其打成规则的垂直面，再用C20混凝土灌筑，直到灌筑混凝土与原来的路面平整为止。⑵当然在使用橡胶沥青应力吸收层进行施工前，应对原有的路面进行清理，除去路表面的泥浆和浮灰，尽量能够使混凝土板面的集料颗粒外露；风速对于橡胶沥青没有影响；在洒布橡胶沥青前，必须使水泥混凝土的表面干燥，地面和空气的温度都不得小于15℃；如碎石撒布机、橡胶沥青洒布机、手工清扫工具和胶轮压路机等设备都进入准备就绪状态，切记不可使用钢轮式压路机。⑶橡胶沥青洒布。橡胶沥青洒布量为2.0～2.6kg/m2，为准确进行横向衔接，应在起步和终止的位置铺油毡，并在洒布车经过后及时拿走油毡；而纵向衔接需要与已洒布的部分重叠10cm左右就可以了。⑷铺撒碎石。应在喷洒橡胶沥青后马上铺撒碎石，碎石的铺撒量为16±2.0kg/m2，以铺满、不散失为度，为避免破坏，在铺撒碎石之前禁止任何车辆和行人通过，并人工清理和补足铺撒碎石不足和过多的部分。⑸碾压。在碎石铺撒后马上进行碾压工作，同时采用两台25t的胶轮压路机进行碾压，碾压施工应紧跟碎石撒铺车之后。一般情况下碾压施工需要进行3～4遍即可。在碾压施工过程中应将水泥混凝土的路面温度控制在18～40℃左右，碾压的时间应控制在10min以内。⑹在橡胶沥青混合料铺筑前，为避免影响沥青面层和应力吸收层的粘结，需要清扫橡胶沥青应力吸收层，以去除一些没有粘贴的松散碎石。上层沥青混凝土和应力吸收层的施工必须紧凑进行，中间不可开放交通。若期间需要开放交通，需要完成至少3h后才可开放交通，但行驶车辆的车速不可大于25km/h。
4工程质量检测
应当控制好橡胶沥青洒布量。鉴于橡胶沥青洒布量对于施工质量具有直接决定作用，因此橡胶沥青洒布施工时，首先应选取一个满足尺寸要求的矩形容器，并在其内布置沥青油毡，接着对其重量进行称量，并将其放置在洒布车前5～10m的位置处，当洒布车经过容器之后即再次重新对其进行称量，通过两次称量数据的计算即可得到实际的洒布量。然后通过电脑对沥青洒布车的洒布量进行适当调节以确保满足设计洒布量要求为止。
橡胶沥青应力吸收层是通过采取胶轮压路机进行嵌挤碾压，最终形成碎石封层模式的路面。文章通过结合某公路施工建设项目，该公路经过一段时间的运营使用之后，路面上出现了一定程度的病害情况，基于工程成本、路面平整度等方面，提出采用高分子抗裂贴对所有的纵、横缝进行处理，在上面铺筑橡胶沥青应力吸收层，然后再加铺沥青混凝土。从工程实施效果表明，橡胶沥青应力吸收层具有高变形能力、弹性好、模量低等优势，可有效遏制沥青路面裂缝的反射，同时还能起到防止雨水向下渗透和粘贴的作用。
作者：石爱赣 俞斌 单位：宜春市公路管理局上高分局 宜春市公路管理局铜鼓分局橡胶沥青应力吸收层在公路施工中的应用责任编辑：杨雪&&&&阅读：人次
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橡胶沥青应力吸收层应用手册
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橡胶沥青应力吸收层应用手册
1．橡胶沥青应力吸收层介绍 3
2. 橡胶沥青应力吸收层的优点 3
3. 橡胶沥青应力吸收层应用领域 4
4. 橡胶沥青应力吸收层的设计与施工 4
4.1橡胶沥青应力吸收层的设计 4
4.1.1材料技术要求 4
4.1.2施工技术要求 5
4.2橡胶沥青应力吸收层的施工 5
4.2.1设备要求 5
4.2.2施工工艺 6
4.3施工质量检查标准 7
1．橡胶沥青应力吸收层介绍
橡胶沥青应力吸收层简称SAMI，是采用橡胶沥青作为胶结料的一种应力吸收层结构。
橡胶沥青应力吸收层是在路面上洒布2～3kg/m2的橡胶沥青，同时在橡胶沥青上撒布一定量（一般建议为15～22kg/m2）的粒径9～12mm的预拌沥青碎石，形成1cm左右厚度的橡胶沥青应力吸收层，能有效地防止水分的侵入，同时与下面层和铺装层粘结紧密。
2. 橡胶沥青应力吸收层的优点
（1）防水作用
橡胶沥青应力吸收层能形成1cm左右厚度的沥青膜，能有效防止水分浸入基层和路基，起到保护路基和基层的作用。
（2）粘结作用
橡胶沥青应力吸收层具有优良的粘结作用，与下面层和上铺装层的粘结力均在1.0MPa以上（稀浆封层的粘结力为0.2～0.4Mpa，普通粘层油的粘结力为0.1Mpa左右），能有效将路面铺装层与基层粘结成一个整体，有利于结构整理受力，提高路面的使用寿命。
（3）抗老化和耐久性
SAMI采用橡胶沥青作为胶结料，橡胶沥青具有优良的抗老化和耐久性能，故SAMI也具有优良的抗老化和耐久性能。
（4）减少路面反射裂缝
橡胶沥青胶结料能有效封闭原路面表面的微裂缝和空隙，同时，对于半刚性基层产生的收缩和干缩裂缝以及水泥混凝土路面的切缝等均具有良好的封闭作用，从而有效地减少了反射到道路铺装层表面的裂缝。
（5）应力吸收层作用
SAMI采用橡胶沥青做胶结料，表面撒布单级配的碎石，整个结构是一种柔性体系，对半刚性基层以及水泥混凝土路面的集中应力有显著的缓冲和吸收作用，能有效缓解应力向铺装层的反射；同时，由于SAMI的应力吸收和缓冲作用，能将铺装层承受的荷载均化，减少和缓冲铺装层底拉应力，这也是采用SAMI结构能减少表面铺装层厚度的主要原因，同时也能延长表面铺装层的使用寿命。
（6）减薄铺装层厚度
采用SAMI结构，可以采用较薄的铺装层厚度即可达到普通铺装层厚度相同或更优的效果。国外的研究和实践表明，采用SAMI结构，可以将原铺装沥青混凝土厚度减少一半，这将大大减少路面建设的初期投入，同时减少了路面的高度以及铺装层重量，这对于桥面铺装更为重要。
（7）施工速度快
SAMI采用一台橡胶沥青洒步车与一台碎石撒布车或者一台同步碎石撒布车即可，施工完毕后即可施工表面铺装层，不需要如稀浆封层的养护和固化过程，故能缩短工期。
（8）质量容易控制
SAMI施工时，只需严格控制胶结料和碎石的撒布量以及保证撒布均匀即可保证SAMI的施工质量，这些控制均为机械控制，故能有效地保证施工质量。
（9）施工受天气影响小
SAMI除下雨天不能施工以及大风天气需限制施工外，其他时间施工均是适宜的。
3. 橡胶沥青应力吸收层应用领域
（1）特别适用于“白改黑”工程，因为设置橡胶沥青应力吸收层，能够明显地减少反射到道路铺装层表面的裂缝，延长了道路使用寿命。
（2）特别适用于桥面和隧道铺装。由于SAMI性能优异，能够减少铺装层的厚度，所以，在对荷载要求严格的桥面铺装以及受标高限制的隧道铺装中，得到广泛的应用。
（3）在沥青混凝土面层下面设置一层橡胶沥青应力吸收层，能够起到很好的防水粘结作用。
4. 橡胶沥青应力吸收层的设计与施工
4.1橡胶沥青应力吸收层的设计
4.1.1材料技术要求
橡胶沥青应力吸收层石料技术要求
项 目 技术指标 试验方法
坚固性 ≤12% T 0314
压碎值 ≤10% T 0316
针片状颗粒含量 ≤10% T 0312
橡胶沥青应力吸收层级配要求
筛孔或关键性筛孔尺寸（mm） 通过率（％）
0.075 0～0.5
橡胶沥青技术要求
检测项目 单 位 技术指标
180℃旋转粘度 Pa.S 15-4.0
软化点（环球法） ℃ 52-74
针入度 25℃,100g,5s
0.1mm 25-70
弹性恢复,25℃ %
m2，洒布宜均匀，喷洒最大偏差量不应超过规定的±0.20kg／m2。碎石撒铺量为15～22kg/m2，具体根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足。碎石最好采用油石比0.30～0.60％的普通沥青预裹，并没有粉尘。
4.2橡胶沥青应力吸收层的施工
4.2.1设备要求
橡胶应力吸收层采用同步碎石封层车进行一体化施工。
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橡胶沥青应力吸收层设计
橡胶沥青应力吸收层,是将橡胶沥青结合料喷洒在路面上,随后撒布单一粒径的集料予以覆盖,经碾压成为结合料膜。因为它具有吸收下承层上传应力并使之消散的功能,同时还具有防止雨水下渗的能力,故具有防水层的作用。
20世纪60年代,美国亚利桑那州、加利福尼亚州等地,橡胶沥青应力吸收层得到了研究与应用。该技术在20世纪80年代中期开始引进中国,但较大规模研究与应用还是近10年。橡胶沥青在中国得到广泛应用,尤其作为旧水泥混凝土路面“白加黑”改造,为了防止反射裂缝,应用橡胶沥青设置应力吸收层收到了很好的效果。针对中国高速公路基本上为半刚性基层的特点,为防止或减轻反射裂缝的出现,在基层上铺设橡胶沥青应力吸收层也成为重要的应用趋向。
目前中国沥青路面施工技术规范尚未涉及橡胶沥青应力吸收层设计的有关要求,人们在施工时对于材料的要求与用量常带有很大的随意性,结果影响工程质量和使用效果。该文根据国内外经验和分析,提出橡胶沥青应力吸收层的设计参数。
橡胶沥青应力吸收层性能影响因素
无论是在水泥混凝土路面上铺设沥青路面,即“白改黑”,还是在半刚性基层上铺设沥青路面,出现反射裂缝几乎是必然的,为了延缓或者避免反射裂缝的出现,铺设橡胶沥青应力吸收层,可以起到延缓或者避免反射裂缝的出现。
应力吸收层模量与厚度对沥青加铺层最大剪应力的影响 　　 橡胶应力吸收层其模量不仅随着环境温度的升高而降低,而且也随着油石比的增加而减小。所以其防反射效果既与材料组成有关,也受季节变化的影响。利用有限元计算分析了橡胶沥青应力吸收层模量与厚度变化对沥青加铺层最大剪切应力的影响。
1)随着应力吸收层模量的增大,在沥青加铺层中最大剪应力降低,但是从绝对值来看,降低的幅度不大;2)在沥青加铺层中最大剪应力与应力吸收层的厚度也有一定关系,随着应力吸收层厚度的增大,加铺层中的最大剪应力增大,但增大的幅度不大。
吸收层模量对沥青加铺层层底拉应力的影响
应力吸收层的模量影响沥青加铺层底的拉应力。计算结果表明:当吸收层模量增大时,加铺层层底拉应力随之增大。因此应力吸收层的模量宜小而不宜大。据测试橡胶沥青应力吸收层的模量在200~400MPa范围内较为适宜。随着应力吸收层厚度的增大,沥青加铺层底拉应力降低,因此为增强应力吸收层吸收应力的效果,适当增大其厚度是有利的。
由于橡胶沥青应力吸收层其厚度一般在1.0~2.0cm范围内,可以变化的幅度很小,而模量则与橡胶沥青的粘度及碎石的撒布量有关,可以在设计时予以调节,当然在实际工程中情况远较理论假设复杂得多,上述计算分析只是在某一种设定的情况下大致的基本规律,但却可以供工程设计时参考。
橡胶沥青应力吸收层材料
作为应力吸收层材料,最主要的是它必须具有良好的粘韧性,能够吸收应力而自身也不发生破坏。按照应力吸收层的施工方法,目前有两种类型,一种是洒布法;另一种是拌和法,目前实际应用的是洒布法较多。洒布法即橡胶沥青是采用洒布车洒布在下卧层上,然后撒布碎石,经碾压而成,这种工艺基本上与沥青表面处治相同,因而也有单层或双层的做法。
橡胶沥青结合料是将轮胎胶粉加入沥青中,在190℃左右的温度下经搅拌配制而成。根据沥青的等级或胶粉的品种也可加入适量的调和油(1%~5%),以促进胶粉与沥青的溶合。胶粉应干燥,不含水分、铁丝等杂质,纤维含量不超过0.5%,应要求供应商提供胶粉的质量检验报告,说明胶粉的规格、所用轮胎的种类以及储存方式等。胶粉粒度规格依据工程经验宜采用20~40目的胶粉。基质沥青一般采用当地常用的道路沥青,如70#、90#。
为了配制具有较高粘度的橡胶沥青,必须掺加足够剂量的胶粉。中国很多单位也参照美国规范执行。由于美国规范主要是依据177℃粘度控制的,在实际施工中操作不是很方便,笔者认为可以软化点作为主要控制指标。
橡胶沥青的粘度高低,不仅要考虑具有足够的粘结性能,而且要考虑实际的可操作性,也就是说关键要能够保证喷洒。由于美国规范中软化点是最低值,结合中国实际情况,在长江流域以及以南地区,橡胶沥青的粘度以不低于60℃为宜,但也不宜超过70℃。
由于各个地区自然条件、交通状况都有差别,作为应力吸收层所用的橡胶沥青,其质量标准应能结合所在地区和气候具体确定橡胶沥青的技术指标,如孙雪伟、唐颂等人,针对浙江中部某高速公路隧道工程的需要,实测橡胶沥青的软化点为62.5℃,针入度为43(0.1mm),弹性恢复为86%。
(1)碎石质量要求
用作应力吸收层的粗集料,基本上为单一粒径的碎石,其技术要求原则上同高速公路上面层用集料的要求。由于作为应力吸收层,碎石颗粒处于顶天立地的状态,撒布后用钢轮压路机碾压,因此要求碎石质地比较坚硬,以防压碎,为此还需限制软质风化碎石的含量。同时碎石的颗粒形状应成立方形,对针片状颗粒应以严格限制。
对小于0.075mm颗粒含量,要求严格限制,其目的在于限制碎石料表面的粉尘,这对于保证橡胶沥青与碎石颗粒良好粘结具有重要意义,如有条件,碎石最好经水冲洗。为了避免碎石清洗和干燥的麻烦,采取将碎石用少量沥青(碎石质量0.5%左右)进行预拌,使碎石表面裹覆极薄的沥青膜,也是可行的办法。
(2)集料级配
由于铺设应力吸收层要求采用单一粒径的碎石,也就是相邻两个筛孔之间的颗粒,一般为4.75~9.5、9.5~13.2、13.2~16以及16~19mm等几种,因此可以说不存在级配问题。在备料时,取其两个筛孔之间的材料,混杂在其中,其他粒径的颗粒应不大于5%。
洒布式应力吸收层的结构
单层式橡胶沥青应力吸收层
目前在工程中应用最多的是单层式橡胶沥青应力吸收层,也即洒布一层橡胶沥青,上面撒布碎石,经适当碾压即成。根据使用场合的不同,选择适当粒径的碎石,这样便形成不同厚度的应力吸收层。
混凝土路面“白改黑”,从改善沥青加铺层受力状态的角度出发,其厚度宜大一点为好,其防止反射裂缝可获得较好的效果,故宜采用较大粒径的碎石,如9.5~13.2mm或更大粒径,以便形成相对较厚的应力吸收层。若是为了提高层间的粘结效果,增强层间抗剪切性能,或作为防水层,则使用4.75~9.5mm较小粒径的碎石。
橡胶沥青与碎石用量的确定
研究表明:不同橡胶沥青的洒布量、碎石的粒径与撒布量,所形成的橡胶沥青应力吸收层,其与上下层之间的抗剪切强度是不同的。试验结果表明:橡胶沥青的用量应该与碎石粒径大小相匹配,才能获得较高的抗剪切强度,如采用4.75~9.5mm碎石,当橡胶沥青用量为2kg/m2时其抗剪强度最大;橡胶沥青用量达到2.5kg/m2时,抗剪强度反而大幅下降,其原因是小粒径的碎石淹没在橡胶沥青中,使层间的摩阻力降低。当使用9.5~13.2mm碎石时,则随着橡胶沥青洒布量的增加,抗剪强度不断增大,说明在橡胶沥青洒布量较大时,应采用较大粒径的碎石,这样可以获得较高的抗剪强度。
近年来中国一些单位铺设橡胶沥青应力吸收层,在材料用量上有较大差别,尤其是碎石用量,有满铺,也有不满铺。
橡胶沥青的洒布量如何确定,目前主要依据用途和经验而定。一般而言,橡胶沥青的粘度高,其洒布量可以取较大值,这样有利于提高抗反射裂缝效果,但应考虑到夏季有出现泛油的可能性,因此用量还是应该适当,最好通过试验确定。
对于应力吸收层,以覆盖洒布面积的百分率,也就是所谓的满铺率在70%~90%范围内为好,所留空隙能使上面加铺的沥青层部分颗粒嵌入其中,有利于增大层间结合力和摩阻力。但如果撒布碎石留下的空隙太大,压路机碾压时容易发生粘轮,不利碾压作业的进行,甚至有可能造成无法碾压,故撒布量也不能太少。反过来,如采取100%满铺,虽然有利于碾压,但势必有颗粒重叠,而重叠颗粒不易扫除。
应力吸收层碎石撒布量,从理论上讲应该与橡胶沥青洒布量、碎石的平均粒径、碎石的密度等因素有关。若假定碎石颗粒的2/3~3/4高度陷入橡胶沥青,1/4~1/3高度露在上面。
采用9.5~13.2mm碎石作为应力吸收层,所用碎石的密度按2.70g/cm3计。例如,当橡胶沥青洒布量为2.2kg/m2,碎石采用辉绿岩,其密度为2.70g/cm3,则碎石满铺时撒布量查得为15kg/m2,满铺率设为80%,则碎石撒布量为12kg/m2。
在设定满铺率条件下,碎石撒布量随橡胶沥青洒布量的增加而减少。这似乎让人有些意外。通常人们可能认为,橡胶沥青洒布量大时,碎石用量也应该增大。其实不然,这是因为在橡胶沥青洒布量一定的情况下,如果碎石撒布量增加,势必挤占了橡胶沥青所占空间,橡胶沥青就会向上挤,超过碎石顶面,以至碾压时造成粘轮。在施工时出现粘轮情况时,有可能是橡胶沥青用量偏多,但也有可能是碎石撒布量偏多所致,这时适当减少碎石撒布量,反而可以避免粘轮现象。
采用4.75~9.5mm单粒径碎石铺设应力吸收层,其撒布量与橡胶沥青洒布量的关系,碎石密度同样按2.70g/cm3计。
如果在半刚性基层上铺设橡胶沥青应力吸收层,需要采用更大粒径的碎石,如13.2~16.0mm或更大的粒径,则其碎石撒布量可以按公式计算确定。
双层式橡胶沥青应力吸收层
当直接将橡胶沥青应力吸收层作为路面磨耗层使用,则为了获得较为致密的表面,可以铺设成双层式橡胶沥青应力吸收层,即在单层应力吸收层上面再洒布一次橡胶沥青,随后撒布较小粒径的碎石,再经碾压而成。
关于双层橡胶沥青应力封层的做法,可以参照表面处治材料的用量,但橡胶沥青用量可以有所增加。
在混凝土路面“白改黑”,以及在半刚性基层上铺设橡胶沥青应力吸收层,不仅有利于减缓反射裂缝的出现,而且也可以起到粘结层与防水层的作用。由于橡胶沥青具有良好的粘韧性,其使用效果优于稀浆封层或者一般改性沥青碎石封层。
目前对于橡胶沥青应力吸收层,其碎石撒布量和橡胶沥青洒布量,都是凭经验确定,该文给出的计算公式对于工程应用具有一定的参考意义。
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