维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第７期（总第１７９期） 公路工程与运输 橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层的 …ｎ…一 地能砸究 张顺先 ，刘 甫 ， 张领先 （１．重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０００７４；２．安徽阜阳经纬公路设计有限责任公司，安徽阜阳２３６０１４） 摘要：从半刚性基层特性出发，通过对层间粘结力的力学分析和剪切、拉拔、疲劳试验的研究，详细论述橡胶沥青ＳＡ— ＭＩ应力吸收层的特点、设计方法和施工工艺，可得出橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层能增强层间粘结效果，提高路面结构的整体 性．同时又能更好地减少和防止反射裂缝产生的结论。 关键词：半刚性基层：橡胶沥青；应力吸收层；层间粘结；疲劳；反射裂缝 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２００８）０７—０１６１—０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｓｔｒｅｓｓ Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ｍｅｍｂｅｒａｎｅ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ（ＡＲ－ＳＡＭＩ） ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕｎ—ｘｉａｎ ，ＬＩＵ Ｐｕ ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉｎｇ—ｘｉａｎ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｎｈｕｉ Ｆｕｙａｎｇ Ｊｉｎｇｗｅｉ Ｒｏａｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｕｙａｎｇ ２３６０ １４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｍｉ ｒｉｇｉｄ ｂａｓｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ＡＲ—ＳＡＭＩ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ａｄｈｅｒａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｈｅａｒ，ｐｕｌｌ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ．Ｓｏ ｉｔ ｃｏｍｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ＡＲ——ＳＡＭＩ ｃａｎ ｉｎｔｅｎｓｉｆｙ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｒｏａｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒａｃｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ ｒｉｇｉｄ ｂａｓｅ；ａｓｐｈａｌｔ ｒｕｂｂｅｒ；ｓｔｒｅｓｓ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒａｎｅ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ；ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ；ｆａｔｉｇｕｅ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒａｃｋ 由于费用低、强度高、板体性好和承载能力强 至唧泥现象。在路面车辆行驶时，层问处于滑移状 等特点，半刚性基层已经成为我国高等级公路基层 态或半滑移状态，与路面结构设计时理想的完全 的主要模式。但同时，由于半刚性基层的材料会因 连续状态的假设就有了很大的区别，路面结构性能 水分蒸发、温度收缩而产生收缩应力，收缩应力超 就会发生较大的变化。基于上述原因，有必要对反 过材料的允许拉应力时，就会不可避免地产生先于 射裂缝和水损坏进行有效的预防和根治 面层开裂的裂缝。如果裂缝继续发展就会使薄沥青 １应力吸收层层问力学特性分析 面层很快拉开形成反射裂缝 层问的力学机理十分复杂，在重复荷载应力和 我国大部分地区是多雨和冰冻地区，来自路面 变温应力作用下，沥青层的拉应力、剪应力就可能 的水会通过反射裂缝或其他裂缝渗入到基层中。如 呈现各种复杂情况，在水的作用下灰浆夹杂使得情 果面层与基层之问的水排不出来，在行车荷载的反 况更为复杂。另外反射裂缝处裂纹的产生与扩展， 复作用下，所产生的泵吸作用就会造成基层唧浆甚 为层问的力学分析带来了很大的困难。路面在车辆 维普资讯 http://www.cqvip.com 公路工程与运输 ２００８年第７期（总第１７９期） 行驶时，不仅会受到垂直荷载的作用，也会受到水 模型见图１。 平荷载的作用，而且水平荷载的作用对基层与面层 问剪应力的影响是很大的。也就是说，层问粘结材 料会受到垂直与水平荷载的综合作用。 层间粘结破坏以剪切为主的破坏形式，可用库 仑定律来描述。本研究使用长安大学通过试验计算 图１试件尺寸及层间结合方式 分析后的层问滑动所引起的剪应力 与垂直正应 ２．２试验结果与分析 力（荷载） 成正比的关系： 试件测定结果如表２、图２所示。 ７～≤ Ｃ＋ｏ－ｚｔａｎｑ￣ （１） 表２ 式中， 为剪切速率修正系数，与实际设计车 粘结层材料 试验 ２５℃ 破坏情况 ６０℃ 破坏情况 速有关；ｏ５为垂直荷载，可近似取０．７ＭＰａ；Ｃ， 分别 类型 类型 为６０℃时层问粘结材料的粘聚力和内摩擦角 基质（中海ＡＨ一 剪切 Ｏ３２ＭＰａ 在粘结面剪断 Ｏ＿２１ＭＰａ 在粘结面剪断 ７Ｏ）沥青层 拉拔 ０．２４ＭＰａ 在粘结面拉断 Ｏ．１５ＭＰａ 在粘结面拉断 从式（１）中可以看出，剪应力由内聚力和摩擦 橡胶沥青层 剪切 Ｏ．６８ＭＰａ 在粘结面剪断 ０．４９ＭＰａ 在粘结面剪断 阻力两部分组成。其中内聚力反映了层问粘聚力的 拉拔 ０．４３ＭＰａ 在粘结面拉断 Ｏ３ＩＭＰａ 在粘结面拉断 大小，它在数值上等于直剪试验 一 曲线上垂直应 Ｏ ８ 力为零时的剪应力；内摩擦角反映了颗粒问的摩擦 Ｏ・７ 和嵌锁作用。 Ｏ・６ 因此半刚性基层沥青路面，基层、面层间的剪 矍ｏ．５ 襁Ｏ４ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ 应力设计取决于两个因素：一是在车辆荷载引起的 Ｏ・３ ∞ ∞ 如 加 ｍ∞Ｏ 垂直荷载与水平荷载的共同作用下，基层、面层间 Ｏ・２ Ｏ１ 的最大剪应力７～；二是由层问状态所决定的容许 Ｏ 剪应力 ，即要求在垂直荷载与水平荷载层共同作 用下，基层、面层问可能产生的最大剪应力７…不 大于基层、面层间的容许剪应力。 ２应力吸收层抗剪与粘结性能研究 ２．１ 粘结性能试验设计方案 为更好地分析半刚性基层与沥青路面问的粘结 特性，制备不同类型层问结合方式的直剪试件．这 些层问结合方式为：半刚性基层＋应力吸收层＋面 层，粘结层约为２．４ｍｍ。试验加载速率采用５０ｒａｍ／ ｍｉｎ进行剪切与拉伸试验，这与常见的马歇尔稳定 图２各种材料的剪切、粘结强度比较 度加载速率相同，这样的试验结果能更好地判断粘 从图２可以明显看出，每种材料的粘结层抗剪 接性能。其中粘结层分别为橡胶沥青层、基质（中 强度、粘结强度均随温度的变化而变化．随着试验 海ＡＨ一７０）沥青层两种情况。其中橡胶沥青的材料 温度的升高，层间抗剪强度、粘结强度均明显降 组成为２０目的橡胶粉，１８％的橡胶粉掺量。 低。将橡胶沥青层与基质（中海ＡＨ一７０）沥青层在同 橡胶沥青主要性能指标如表１所示。 等条件下进行比较，材料的剪切强度和粘结强度提 表１橡胶沥青主要性能指标 高了５０％左右，说明橡胶沥青层与半刚性基层的内 基质沥青等级 粘度．１７７℃ 针人度（２５￣Ｃ，ｌＯＯｇ， 软化点，℃， 聚力和粘结力得到了很大的改善，从而使沥青层与 （Ｐａ・ｓ） ５ｓ，０．１Ｉｌｌｌｌ１） 最小 半刚性基层之间具有良好的粘结状态；同时形成的 ＰＧ ５８－２ １．５～４．０ ２５ ５４ 富油层能起到良好的防渗水作用．防止水分浸入基 层和路基，起到了保护路基和基层的作用。 试验中，试件规格为４）ｌＯｃｍｘｌＯｃｍ，层问结合 ３橡胶沥青应力吸收层疲劳性能研究 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第７期（总第１７９期） 公路工程与运输 ３．１试验设计方案 橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层采用碎石封层模式。 通过复合梁疲劳试验可评价橡胶沥青ＳＡＭＩ应 为了保证防止反射裂缝的效果，用于应力吸收层的 力吸收层抵抗反射裂缝的性能。本疲劳试验采用切 橡胶沥青必须有较大的稠度、较大的橡胶颗粒和较 口复合梁、四点弯曲试验、应变控制方式，为更好 大的胶结料用量（２．６ｋｇ／ｍ ）。单一粒径的预拌石料 地模拟实际情况．在半刚性混合料的中间开一条２．０ 被均匀地满铺在橡胶沥青层上进行嵌挤碾压，能更 ＩＩｌｌＩ１宽的裂缝，模拟实际中的反射裂缝，如图３所 好地与上层沥青混凝土融为一体，消除了层间的 示。采用３ｃｍＡＣ２０￣ｇ合料＋１ｃｍＳＡＭＩ＋Ｉｃｍ断开混合 软弱夹层，从而可进一步提高整体强度。橡胶沥青 料，试验温度为１５℃，试验控制应变为５００ｔｘｅ。其 应力吸收层的主要特点为：ａ）采用橡胶沥青吸收层 中橡胶沥青ＳＡＭＩ材料组成为２０目的橡胶粉，１８％ 能显著提高层间粘结强度和抗剪强度，同时又有较 的橡胶粉掺量，橡胶沥青用量为（２．２±０．２）ｋｇ／ｍ ， 好的防水效果；ｂ）采用厚沥青膜橡胶改性沥青，其 集料规格为４，９．５ｍｍＭ３．２ｍｍ，用量约为１２ｋｇｈｎ ， 弹性恢复好、粘度大，可起到应力吸收的作用，且 以铺满为准。沥青与集料来源与施工现场一致。 能延缓基层收缩开裂所造成的反射裂缝；Ｃ）橡胶沥 青ＳＡＭＩ吸收层拥有非常优异的耐疲劳性能，可有 ４ ｄ 日ｄ ｄ 效地抵抗反射裂缝的发展：ｄ）应力吸收层与其上沥 。 、 ＼３ｃｍＡＣ一２０混合料 ｎ ： 青面层形成一个整体，不会出现软弱夹层；ｅ）施工 １ｃｍ橡胶沥青应力吸收崖 【ｌ ＼ｌｃｍ断开混台料 速度快，质量容易控制。 撒布碎石的目的为：ａ）增加其粘结强度和抗剪 图３疲劳试验试件模型 强度，使剪应力有较大幅度的提高；ｂ）保护沥青层 ３．２试验结果与分析 薄膜不受运料车和摊铺机的破坏：Ｃ）碎石与碎石 疲劳试验结果如图４所示。从中可以看出 当 间的空隙足够大，在摊铺高温层沥青混合料时，混 加载１０万次时，橡胶沥青ＳＡＭＩ吸收层的残留劲度 合料能很好地压人碎石空隙中，不会出现混合料中 比为６９－３％，而研究表明，基质吸收层残留劲度比 的大碎石架空现象，可形成良好的嵌挤效果，使应 为３４．６％，因此橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层具有良好 力吸收层与沥青混合料完全融为一体。 的抗疲劳性能，能有效地抵抗基层所产生的反射裂 ４．２橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层施工工艺研究 缝。这种由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成的 橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层施工工艺如下： 应力吸收薄膜夹层对减缓反射裂缝的产生与扩展有 ａ）清理基层，应使基层保持干燥、整洁，不得 明显的效果，可使半刚性基层或旧水泥混凝土路面 有尘土、杂物或油污： 裂缝处相对位移所产生的应力传到面层时大为减 ｂ）对于橡胶沥青ＳＡＭＩ的施工而言，碎石与沥 少，并降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝 青的粘结强度在很大程度上影响着ＳＡＭＩ的性能． 产生的目的 因此，清洁的、干燥的碎石是必须的： １．８Ｅ＋０６ ｃ）采用沥青撒布车均匀喷撒，沥青撒布量要严 １．６Ｅ＋０６ 加载１Ｏ万次ｉ —１．４Ｅ＋Ｏ６ —— 格控制，不宜多也不宜少，而且沥青纵向衔接处要 曩 ．盅１．２Ｅ＋０６ 与已撒布部分重叠１０ＣＩＩＩ左右： 可唧１．０Ｅ＋０６ — ８．０Ｅ＋０５ ｄ）施工过程中，必须保证碎石能铺满、不漏 蕊６．０Ｅ＋０５ ４．ＯＥ＋Ｏ５ 俣重ｌ —— “黑”（沥青），碾压后再将多余的碎石清扫掉，这样 移 ２．０Ｅ＋Ｏ５ 才能有效地防止粘轮现象： ０．０Ｅ＋Ｏ０ ｌ ｛ ０ ５００００ １００ ０００ １５０ ０００ ２０００００ ２５００００ ｅ）用轮胎压路机碾压一遍，使碎石定位，而 加载次数 且在施工中为了确保碾压的温度，要求胶轮压路机 图４疲劳试验结果图 紧跟在碎石撒布车后面碾压，距离不能超过５ｍ： ４橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层的特点及施工工艺 ｆ）待橡胶沥青温度下降、碎石定位后，即可摊 研究 铺面层的沥青混合料 ４．１ 橡胶沥青ＳＡＭＩ应力吸收层的特点 ５结论 维普资讯 http://www.cqvip.com 公路工程与运输 ２００８年第７期（总第１７９期） 冯艮生 （广东省罗定市公路局，广东罗定５２７２００） 摘要：由于影响公路工程机械化施工的因素很多且很复杂，除了主要因素外，还要考虑到燃料供应、机械维修与管理、 机械的调迁与转场等，因此，要针对公路建设项目的实际情况，结合施工单位的具体条件，综合分析各种因素，着重解决重 点、困难问题，选择高效、经济、实用的施工机械。 关键词：公路工程；施工机械；配套组合 中图分类号：Ｕ４１５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２００８）０７—０１６４—０３ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＦＥＮＧ Ｇｅｎ——ｓｈｅｎｇ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｌｕｏｄｉｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｌｕｏｄｉｎｇ ５２７２００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｂｅｓｉｄｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｓｕｐｐｌｙ，ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ， ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｓｈｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．ＳＯ ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ａｉｍ ａｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｃｏｍｂｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ， 夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・ ・ ・ ・夺・夺・夺・夺・ ・ ・ － ・专・ ・夺・ ・夺・夺・ ・夺・ ・ ・ ． ・ ・ ． ・ ・ 在半刚性基层与沥青面层间铺设橡胶沥青ＳＡ— ＭＩ应力吸收层可以起到粘结和防水作用，其撒布 的碎石能与热拌沥青混合料相互嵌挤，提高层间粘 结能力和抗剪强度。又因橡胶沥青吸收层弹性恢复 好、粘度大，具有优良的抗疲劳性能，所以能起到 ［３］高士昌．应力吸收层在高速公路路面结构中的 应用Ｉ Ｊ１．交通科技，２００４，（６）：４７—４９． 『４］张永明．废轮胎胺粉改性沥青加铺应力吸收层 技术的研究与应用［Ｊ］．中国轮胎资源综合利用， ２００６，（１１）：１８－２０． 应力过渡和裂缝缓冲的作用，可以吸收或缓冲裂缝 尖端的应力集中现象，对于抑制反射裂缝的产生和 扩散具有一定的效果。 ［５］叶智刚．橡胶粉改性沥青的研究ＩＪ］．华南理工大 学学报，２００３，２５（１）：３１—３３． ［６］ＪＴＧ Ｆ４０—２００４，公路沥青路面施工技术规范『Ｓ］． 参考文献 ［１］陈骁．ＳＢＳ改性沥青应力吸收层性能研究Ｉ Ｊ１．中 外公路，２００５，（６）：９９—１０１． 『２］沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预 防『Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１． 基金项目：重庆高速公路发展有限公司科技项目（２０１７２） 作者简介：张顺先（１９８４一），男，硕士研究生，研究方向为道 路工程材料。 收稿日期：２００７—１１—０５
