摘要：橡胶沥青薄层罩面技术是路面预防性养护中的一项合理选择。级配类型对橡胶沥青薄层罩面的路用性能具有显著影响。通过对不同级配类型的橡胶沥青混合料进行室内性能试验研究与评价，发现了级配类型对混合料不同性能的影响规律。级配类型影响混合料空隙率，而空隙率会显著影响混合料的稳定度、动稳定度、小梁弯曲和抗滑性能指标，因此在混合料配合比设计中应当首先关注空隙率这一指标。在具体工程应用中，应结合薄层罩面项目本身特点，包括气候环境、交通荷载、预算情况等选择适合的级配类型。

关键词：道路 | 橡胶沥青 | 薄层罩面 | 级配类型 | 空隙率

薄层罩面技术是在公路原有路面上加铺1层厚度较薄的沥青面层的技术，该技术主要针对原有路面结构强度较好，但是路面功能如抗滑、平整度、开裂等出现损坏的情况下，通过铺筑薄层罩面以恢复路用功能、延长道路使用寿命[1]。目前关于薄层罩面的定义和分类尚缺乏统一的规定，包括薄层罩面、超薄磨耗层、超薄罩面、极薄磨耗层[2-4]等。通过归纳不同观点，该研究所指薄层罩面专指沥青混合料类的沥青混凝土面层一类，笔者建议可以按照厚度、材料、集料级配类型和施工工艺等几个方面对薄层罩面进行以下分类： 

1)按厚度分：薄层罩面2.5~3.5cm，超薄罩面1.5~2.5cm，精薄罩面＜1.5cm。

2)按材料分：高黏沥青类、SBS改性沥青类、橡胶沥青类、冷拌沥青类[5]。

3)按级配类型分：开级配、半开级配、间断级配、连续级配。

4) 按施工工艺分：同步摊铺、分步摊铺[6]。

橡胶沥青是近年来国内关注度较高的1种改性沥青材料，采用废旧轮胎胶粉作为沥青改性剂，一方面做到了废物的循环利用，另一方面由于其所具有的良好的高低温性能、抗疲劳、抗开裂能力，已经在国内多个省份得到了推广应用[7]。目前橡胶沥青有多种类型，包括不同粗细胶粉、不同掺量、不同工艺等。该研究讨论的橡胶沥青是指按照现有交通行业标准定义的，采用20~40目左右的常温研磨废旧轮胎胶粉，在高温条件下与基质沥青采用专用设备拌和所生产的改性沥青材料，其中废旧轮胎胶粉的外掺比例在17.6%以上[8]。

对于橡胶沥青，作为1种在高温条件下仍然是非常典型的固液两相材料，其在混合料中存在胶粉颗粒核心对级配的影响，国内外普遍认为其级配应当进行特殊设计。目前作为橡胶沥青的起源国家，美国对橡胶沥青的应用，无论是工厂化的“terminalblend”还是现场加工的“wetprocess”[9]，级配类型既有密实型间断级配，也有开级配，而且大量采用开级配铺筑薄层罩面[10]。国内部分观点认为对于橡胶沥青尤其是现场加工的橡胶沥青，其胶粉颗粒核心对级配具有较大影响，必须采用间断级配从而为胶粉容留足够的回弹空间，但工程实践表明，无论是连续级配、间断级配还是开级配，橡胶沥青都取得了良好的应用效果。总体上，目前国内橡胶沥青的主流级配类型还是借鉴了多碎石沥青混凝土SAC[11]的级配类型。

从2010年开始，国内也开展了橡胶沥青薄层罩面技术的应用，并取得了良好的应用效果，但在橡胶沥青混合料的级配类型上，却存在不同意见。笔者拟采用系统的试验研究探讨不同级配类型对薄层罩面用橡胶沥青混合料性能的影响。

1、材料选择

1.1橡胶沥青

采用40目废旧轮胎胶粉，外掺掺量为22%，基质沥青采用70号重交道路石油沥青。基质沥青加热到190℃左右时，加入轮胎胶粉，经快速搅拌混合后，在180~190℃条件下反应30~45min，从而制得橡胶沥青。经检测，橡胶沥青技术指标见表1。

1.2粗细集料

粗集料采用张家口玄武岩，细集料采用三河石灰岩，粗细集料技术指标见表2。

1.3矿粉

矿粉采用三河石灰岩矿粉，按照相关标准要求进行矿粉各项技术指标试验，试验结果见表3。

2、薄层罩面橡胶沥青混合料设计

2.1级配设计

为了研究不同级配类型对薄层罩面用橡胶沥青混合料型性能的影响，分别对橡胶沥青用间断级配(ARHM-10)[12]、SMA型间断级配(ARSMA-10)、半开级配(ARAM-10)、常规连续级配(ARAC-10)、开级配(AROGFC-10)[13]5种级配类型的橡胶沥青混合料进行配合比设计，并进行性能评价。5种混合料的设计级配类型见表4。

从表4可以看出，5种级配4.75mm筛孔通过率逐渐增大，总体上越来越细。但2.36mm与4.75mm之间的含量却分别为3.5%、18%、33%、17%和52%，表明ARHM的间断效果最好；而AROGFC的含量高达52%，从骨架干涉的角度看，会严重影响骨架的形成，但其1.18mm的通过率只有8%，从而容留了一定的骨架形成的空间。

2.2配合比设计

按照表4的级配，分别对5种混合料进行配合比设计，得到各混合料最佳油石比状态下的配合比设计指标，见表5。

从表5可以看出，不同级配类型橡胶沥青混合料的最佳油石比差别较大，且与4.75mm以及0.075mm的通过率无直接的相关关系。稳定度总体上与级配类型无关，而与空隙率关系密切，总体上空隙率越大，稳定度越小。流值与级配类型基本无关。理论上沥青混合料的空隙率与4.75、2.36mm和0.075mm的通过率以及油石比密切相关，但并不受某一单个指标的决定性影响，而是综合因素影响。将最佳油石比、4.75mm通过率和0.075mm通过率三者相乘后，发现其倒数与空隙率具有良好的线性关系，见表6。

从表6可以看出，空隙率与最佳油石比、4.75mm通过率、0.075mm通过率三者乘积有非常明显的相关关系，三者乘积越大、空隙率越小。这一规律的可靠性还有待于在今后的实践中进一步验证。

3、薄层罩面橡胶沥青混合料性能测试

在上述配合比设计的基础上，配置橡胶沥青混合料，进行混合料性能验证，包括高温性能、低温性能、水稳定性能，同时进行了室内的抗滑性能测试。

3.1高温性能

评价沥青混合料性能的方法和指标有多种，国内主要采用车辙试验动稳定度进行评价，部分地区还采用马歇尔试验稳定度评价混合料高温性能，但大量实践数据已经证明，马歇尔稳定度无法有效评价不同沥青和不同级配类型的沥青混合料高温性能。

5种橡胶沥青混合料高温动稳定度指标见表7。

从表7可以看出，总体上空隙率大的混合料高温动稳定度指标优于空隙率小的混合料，这是因为在粗集料含量较高的情况下，空隙率大的混合料更容易形成骨架嵌挤的结构。对于ARSMA混合料，其高温动稳定度指标与工程实践中SMA混合料的高温性能有一定差距，分析认为有两点原因：一是4.75mm通过率总体偏大，碎石含量相对较低；二是油石比过高，导致混合料的高温性能降低。

3.2低温性能

橡胶沥青混合料的低温抗开裂性能的评价方法主要是通过低温小梁弯曲试验测定破坏应变。根据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对5种橡胶沥青混合料进行小梁弯曲试验，测得5种混合料的低温破坏应变检测结果，见表8。

从表8可以看出，5种橡胶沥青混合料的低温破坏应变指标均不高，连续型橡胶沥青混合料低温指标最好。总体上橡胶沥青混合料低温性能受空隙率、油石比和0.075mm通过率综合影响，空隙率高，低温性能差；油石比大，低温性能好，0.075mm通过率高。但由于低温小梁弯曲试验数据本身离散性就比较大，上述规律并不十分准确。

3.3水稳定性能

采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验对5种橡胶沥青混合料的水稳定性能进行综合评价，试验结果见表9。

从表9可以看出，不同级配类型橡胶沥青混合料的水稳定性能总体优良，但冻融劈裂残留强度比指标和残留马歇尔稳定度指标没有明显相关性，在判定混合料水稳定性方面具有较大的差异。但综合分析两项指标，基本能够判定空隙率小的橡胶沥青混合料水稳定性能优于空隙率大的橡胶沥青混合料。

3.4抗滑性能

为了评价5种橡胶沥青混合料的抗滑性能，结合JTGD50-2006《公路沥青路面设计规范》中的相关规定，采用沥青路面抗滑性能评价指标及方法，对5种混合料进行室内抗滑性能测试，主要进行摆值、横向力系数和构造深度的测试，测试结果见表10。

从表10可以看出，不同橡胶沥青混合料的抗滑性能主要与空隙率有关，而与碎石含量的关系并不大，空隙率越大，混合料抗滑性能越好。

4、结论

上述试验结果表明，级配类型对橡胶沥青混合料的路用性能具有显著影响，基本上可以形成以下结论： 

1)级配类型会直接影响橡胶沥青混合料的油石比和空隙率，而空隙率会极大地影响橡胶沥青混合料的高低温性能、水稳定性能以及抗滑性能。在一定范围内，空隙率大，混合料的高温性能和抗滑性能好，低温性能和水稳定性能差。因此空隙率应当成为混合料配合比设计过程中首要关注的指标。 

2)不同级配类型的橡胶沥青混合料总体上性能均能满足薄层罩面的使用功能要求，说明采用橡胶沥青铺筑薄层罩面可选择的混合料级配类型较多，可以结合工程的实际情况包括气候环境、交通荷载以及工程造价等进行合理选择。考虑到薄层罩面在路面结构层中发挥的作用，建议更多地关注其低温抗开裂性能、水稳定性能和抗滑性能，高温性能可以适当放宽要求。 

3)间断级配、半开级配、开级配这几种级配类型近年来在国内的薄层罩面工程中得到了较多的应用，具有良好综合表面功能。现有规范对几种级配类型提出的级配范围相对较宽，从实践操作的角度讲，给了现场工程技术人员更多的想象空间，可以通过不同范围的比选寻找更适合的级配类型，一旦确定后，就应当严格细化级配范围，为混合料的稳定生产提供保障。 

4)试验过程中发现了一些规律：比如稳定度指标与空隙率指标相关，空隙率大，稳定度小；空隙率与油石比、4.75mm通过率和0.075mm通过率三者乘积相关，乘积越大，空隙率越小。这些规律都需要在今后的实践中进一步进行检验。