一种改性沥青级配碎石应力吸收防水层及其制作方法 [0002] 由于受设计理念的束缚以及设计周期的影响，我国各地浙青路面几乎是千篇一律 的采用半刚性基层浙青路面这种单一化的结构形式。由于半刚性基层材料极易导致基层产 生干缩和温缩裂缝，进而产生反射裂缝。 [0003] 反射裂缝是半刚性基层浙青路面裂缝的主要形式，它破坏了路面结构整体性和连 续性，加速浙青路面的破坏，从而影响公路使用质量和寿命。我国每年都要投入大量资金进 行公路设施的养护，其中很大一部分与反射裂缝导致的病害相关。 [0004] 目前国内外应力吸收层技术包括以下几种： (l)SAWFTL应力吸收层技术 SAWFTL应力吸收层是一种特殊路面的浙青混合料，主要以推迟反射裂缝的发生为目 的，是采用9. 5_筛孔以下的骨料和机制砂与高弹改性浙青结合料混合而成的一种浙青混 合料。由于采用的高弹改性浙青胶结料在混合料中形成高弹性浙青网状结构，加之混合料 骨料较小，可有效防止混合料在运输和摊铺过程中出现离析。应力吸收层胶结料含量大，具 有很好的粘附性和防水性，适用于铺筑在半刚性基层与浙青混凝土面层之间，也适用于旧 水泥混凝土路面上加铺浙青混凝土两层，以及桥面水泥混凝铺装与浙青混凝土铺装的中面 层。这中混合料的设计抗疲劳次数比普通浙青混凝土高20多倍，由于具有较好的劲度，所 以能够承受路面底层拉应力，延缓反射裂缝的产生。 [0005] (2 ) STRATA应力吸收层 Strata反射裂缝应力吸收系统是美国科氏材料公司为了延缓水泥混凝土路面反射裂 缝而开发的一种浙青混凝土路面结构型式。Strata浙青混合料的特点是由大量的细集料、 矿物填料和高含量聚合物改性浙青胶结料组成，该系统由一层高弹性、密级配热拌浙青混 合料中间层（Strata应力吸收层）和上面的热拌浙青混合料罩面层组成。Strata应力吸收 层浙青含量高、不渗透且柔韧性好，其延缓和防止反射裂缝的效果优于目前国内外普遍采 用的玻纤格栅等土工合成材料，并可延长浙青混凝土罩面层的服务寿命。 [0006] (3)高弹性改性浙青砼应力吸收层 高弹性改性浙青砼应力吸收层浙青含量高、采用弹性恢复性能优异的聚合物改性浙 青、细集料含量高、矿粉用量大、不渗水且柔韧性好、具备优异的变形恢复能力、具备优良的 自愈能力等特点，混合料由〇-3mm、3-5mm、5-10mm三档矿质集料组成，矿料中小于2. 36mm的 细集料大约占集料的70% - 80%，而且粉料含量不超过8%。油石比高达9. 0。铺设厚度为 2. 5 士 0. 5cm，碾压时不宜振动且不用胶轮碾压。该技术对下承层的平整度以及原材料、拌 和温度、摊铺温度、碾压温度都有严格要求，因此，需要相应的先进设备和高素质的施工队 伍。 [0007] (4)应力吸收防水粘结层（SAWI) SAWI混合料与常规混合料相比具有含油量高，细料含量大，铺设厚度薄等特点，其胶结 料为特种聚合物改性浙青，其具有较高的高温黏度和低温延度，矿料中小于2. 36mm的细集 料含量大约占集料的60%以上，其铺层厚度要求为（2. 5 士 0. 5) cm，孔隙率应控制在3 - 5% 以内。
[0008] (5) Sampave 应力吸收层 Sampave应力吸收层系统研发的基本思想是设计具有优良抗反射裂缝能力的浙青及浙 青混合料和具有特定防裂功能的应力吸收层材料，增加旧水泥混凝土路面上浙青加铺层的 疲劳寿命，同时抵抗水的渗透。Sampave应力吸收层系统主要由应力吸收中间夹层和具有一 定厚度的浙青罩面层组成，其中胶结料达到AASHTO PG76-28以上的性能分级要求。
[0009] (6)同步碎石应力吸收层 同步碎石应力吸收层是指用专用的同步碎石车分2次在特定温度下将单一粒径的矿 质集料及浙青胶结料同时洒布在路面，在一定温度控制下在胶轮压路机碾压成型。同步碎 石应力吸收层从结构上来分析其有3层结构组成，最底层为一定厚度的浙青膜，中间层为 悬浮密实结构的浙青混合料，最上一层为被浙青裹覆面积达到70%的矿质集料。
[0010] (7)半刚性浙青路面"砂胶"应力吸收层技术 砂胶应力吸收层具有良好的弹性和抗疲劳性能，主要由石灰岩矿料和特殊改性浙青组 成型特征是采用的集料细(均在5mm以下)、矿粉用量大、油石比大、空隙率低及饱和度大，矿 质集料基本上悬浮于浙青与矿粉形成的胶浆之间，与上下面层的粘附性较好。用于应力吸 收层的矿料的公称粒径均在5mm以下，并且主要集中在0. 3mm、0. 6mm和1. 18mm。矿粉及浙 青用量(约为9%)大，浙青与矿料粘附性好。从矿料组成来看，属于悬浮一密实结构。因此， 在混合料中浙青与细集料形成的浙青胶砂约占70%，骨料相对较少。
[0011] (8)玻纤土工格栅(在刚改柔路面工程中被广泛使用于旧水泥混凝土路面与浙青 加铺层之间） 加拿大多伦多市Lester Pearson国际机场道面加铺时，采用玻纤栅格防止放射裂缝， 四年后调查表明：道面反射裂缝减少了 50%，1986年Brown教授对Tensar格栅路用性能进 行研究，认为其减少道路车辙50%，防止放射裂缝，浙青面层厚度可减少36%。RMC (加拿大皇 家军事学院）的实验结果表明，在浙青面层底部铺设土工格栅时可减少浙青层底部的弹性 拉应变50%，层底设土工格栅的情况可以承受8000次的荷载作用，而未设土工格栅当浙青 层厚为250mm时也只能承受92000次荷载的作用；根据等效原理，铺设土工格栅，浙青层厚 度可减少100mm。
[0012] 我国自八十年代末开始研究此技术，哈尔滨建筑工程学院道路研究所于1973年7 月提出了《塑料栅格在柔性路面结构工程中的应用》研究报告，黄岩等人通过室内试验评价 了玻璃纤维栅格、土工布、土工栅格等夹层的防裂效果，得到结论：土工夹层材料对于由于 基层水平位移引起的张开型裂缝能起到较好的防裂作用，而且玻璃栅格的防裂效果要优于 土工布。
[0013] 玻纤格栅主要作用为均匀传递荷载，并将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方 向，但这种材料的施工较麻烦，也起不到防水与层间粘结的作用。
[0014] (9)SAF应力吸收层 SAF反射裂缝应力吸收层系统是为了延缓水泥混凝土路面反射裂缝而开发的一种浙青 混凝土路面结构系统。该系统由一层高弹性、密级配热拌浙青混合料中间层（SAF应力吸收 层)和上面的热拌浙青混合料罩面层组成。SAF应力吸收层浙青含量高、不渗透且柔韧性好， 其延缓和防止反射裂缝的效果优于目前国内外普遍采用的玻纤格栅等土工合成材料，并可 延长浙青混凝土罩面层的服务寿命。SAF浙青混合料的特点是由大量的细集料、矿物填料 和高含量聚合物改性浙青胶结料组成，要求铺层厚度通常在2. 5 士 0. 5cm，铺层空隙率3 士 2%。
[0015] (10) Simm应力吸收层 Simm应力吸收层美国科氏公司的开发的另一项专项改性浙青混合料应力吸收材料技 术，专为水泥混凝土加铺浙青层使用，Simm系统专为半刚性基层铺筑浙青层设计，其机理与 Strata系统类似，Simm系统浙青罩面层最小厚度为13cm，一般为15-18cm。目前国内已引 进了改系统。
[0016] (11)路面专用土工布应力吸收夹层(在新建浙青路面、浙青路面罩面工程、水泥混 凝土路面罩面工程及桥面铺装） 土工布具有耐高温、抗拉强度高、吸附性好等特点，能起到延缓反射裂缝的作用，但由 于厚度较薄且与旧水泥混凝土路面粘结性差，因此，使用效果有局限性。
[0017] (12) ISAC复合夹层(伊利诺伊州加铺改造工程） I SAC系统由低劲度的土工织物、粘弹性膜和高劲度土工织物三层材料组成，是一种"三 明治"结构，由伊利诺斯大学开发。
[0018] 伊利诺斯大学的研究认为，ISAC中的橡胶浙青是ISAC防裂体系设计的关键。由 于橡胶浙青是一层低劲度的粘弹性薄膜，它的存在是浙青路面中间出现了一个薄弱层，为 了防止浙青路面的整体滑移，必须须保证ISAC在高温低速剪切速率下有足够的剪切强度。 研究证明：通过对ISAC中的橡胶浙青改性(掺入一定量的石灰粉)，可以明显的提高ISAC在 高温低速剪切试验中的抗剪强度。
[0019] ( 13)无纺土工布应力吸收夹层 无纺织物厚度为〇. 4mm - 4mm，模量为lOOMPa - 160MPa，临界界应力5MPa - 20MPa，临 界应变40% - 140%。无纺织物夹层的主要作用与橡胶浙青应力吸附夹层相似。而织物由于 模量稍高，可对加铺层起少量加筋作用。
[0020] (14)纤维碎石封层 纤维碎石封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒(撒）布浙青粘结料和玻璃纤维， 然后在上面撒布碎石经碾压后形成新的磨耗层或者应力吸收中间层的一种新型道路建设 施工和养护技术。该技术由法国SECMAIR公司开发。施工时，经过专门工艺破碎切割的纤 维在上下两层均勻洒布的浙青结合料中呈乱向均勻分布，相互搭接，与浙青结合料形成网 络缠绕结构，类似一层具有高弹性和高强度的防护网垫。该技术在英国、美国、澳大利亚、法 国等国家均已得到普遍应用。对4个不同国家的性能跟踪测试一致表明，纤维封层能够明 显改善浙青路面的质量：抗拉强度提高30%以上；抗疲劳性能增加30%以上；抗车辙性能增 力口 300%以上。
[0021] 以上方案或者存在成本过高的缺点，或者存在施工困难的缺点，或者存在防治反 射裂缝效果差的缺点，本发明开发出一种新的橡胶浙青应力吸收防水层方案：强嵌挤型复 合橡胶改性浙青级配碎石应力吸收防水层。
[0022] 常规的橡胶浙青应力吸收层（Stress Absorbing Membrane Interlayer，简称 SAMI)是由橡胶浙青胶结料、单粒径集料组成。通常是指在路面上洒布2?2. 5kg/m2的橡 胶浙青，同时在橡胶浙青上撒布一定量(一般建议为12?15kg/m2)的粒径9?12mm的预 拌浙青碎石，形成lcm左右厚度的橡胶浙青应力吸收层，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。这种单粒径的应力吸收层，在铺设上面层后，相当长的一段时间 内，混合料嵌挤结构未能完全形成。



[0023] 本发明的目的是针对上述不足之处提供一种改性浙青级配碎石应力吸收防水层 及其制作方法，在常规橡胶浙青应力吸收层的基础上改进完善，可以缩短混合料嵌挤结构 的形成时间，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应 力传到面层时大为减少，可明显地减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，从而达 到延缓反射裂缝产生的目的；特别适用于解决半刚性基层浙青路面、水泥混凝土路面罩面 层的反射裂缝问题。
[0024] 改性浙青级配碎石应力吸收防水层及其制作方法是采取以下技术方案实现的： 改性浙青级配碎石应力吸收防水层由集料和复合橡胶粉改性浙青组成，所述集料采用 粒径为Φ9. 5mnTl3. 2mm和粒径为Φ4. 75mnT9. 5mm的两档碎石料；采用按照集料重量计的 0. 2?0. 5%的复合橡胶粉改性浙青进行预裹附，所述裹附温度为120°C以上，预裹附的集料 堆放时间不超过两周。
[0025] 所述碎石料的石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。
[0026] 所述碎石料采用反击式破碎机轧制。
[0027] 改性浙青级配碎石应力吸收防水层的制作方法包括如下步骤， (1) 施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗 所述清扫采用滑移车和人工方式结合，将原路面进行全面清扫，再用森林灭火鼓风机 沿纵向排成斜线将浮灰吹净，清除旧路或基层表面的浮灰和泥浆； (2) 制备复合橡胶粉改性浙青 (2-1)确定橡胶粉的掺量 选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，所述掺量即质量百分比为基质浙青质量的 16%?20%，从而得到确定的掺量； (2-2)生产复合橡胶粉改性浙青 采用市售的橡胶浙青生产设备，采取间歇式方式生产；并对成品橡胶浙青及时进行检 验，以确保广品质量； (3) 在洒布橡胶浙青前，检查各项指标 a、 空气温度和地面温度都不低于15°C ; b、 下承层干燥，路缘石防护良好； c、 需用的设备进入待命状态，所述设备包括橡胶浙青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路 机； (4) 复合橡胶粉改性浙青洒布 a、 橡胶浙青洒布量采用2. 2?2. 8kg/m2,可视试验路效果定； b、 起步和终止位置应铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程纸； c、 纵向衔接应与已洒布部分重叠 l〇cm ; (5) 撒铺碎石 经过步骤（4)复合橡胶粉改性浙青洒布后立即撒铺碎石，碎石的级配构成采用粒径 为Φ9·5ι?πΓ13·2πιπι和粒径为Φ4·75ι?πΓ9·5πιπι的碎石进行撒铺，分两次进行；其中，先撒 铺9. 5mm^l3. 2mm档碎石，再撒铺4. 75mm~9. 5mm档碎石，粒径为Φ 9. 5mm^l3. 2mm和粒径为 Φ4. 75mnT9. 5mm的碎石质量比为4:1 ;碎石撒铺量采用16±2kg/m2,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，应补足； (6) 碾压 经过步骤（5)碎石撒铺后应立即进行碾压作业，采用25T以上的胶轮压路机紧跟碎石 撒铺车进行压实完成碾压； 上述六个步骤完成了应力吸收层的施工，考虑到路面面层的施工，还需要进行下述步 骤，以保证路面整体施工质量。
[0028] (7)对橡胶浙青应力吸收层进行清扫，以清除没有粘结的松散碎石，避免影响SAMI 层与上面层的粘结； (8)橡胶浙青应力吸收层施工与上面层浙青混合料紧凑进行，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。在上 面层浙青混合料施工前须加洒粘层油，粘层油洒布量控制在0. 25kg/m2。
[0029] 所述步骤（1)清扫完毕后，将此路段开放交通，利用车轮有吸附作用清洁路面后进 行同步碎石施工。
[0030] 步骤（2-1)中橡胶浙青胶粉掺量的确定以177°C旋转粘度为主要指标，旋转粘度 范围为1. 5?4. OPa · s，上限值4. OPa · s保证良好的路用性能，下限值1. 5Pa · s保证一定的 施工性能，防止因粘度过大造成泵送、拌和困难； 步骤（2-1)中所述试验方法为：将20目和60目货车轮胎（即斜交胎）橡胶粉按照质量 3:2的比例拌合均匀，温度控制在177?204°C之间，拌和1小时后进行试验，所述橡胶浙青 胶粉掺量按照质量比为1%或2%的间隔，选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，并根 据试验结果确定橡胶粉掺量；所得橡胶浙青应当在下承层温度为40°C以上时，完成碾压时 间为20分钟，在下承层温度为18°C?40°C时，完成碾压时间为10分钟。
[0031] 步骤（2-2)中所述的生产步骤为采用20目货车轮胎即斜交胎胶粉和60目货车胶 粉以3:2的质量比混合进行膨化处理；处理后的橡胶粉以步骤（2-1)中确定的掺量添加到 温度为176°C?226°C的基质浙青中，采用高速剪切机进行搅拌均匀，速度为3000r/min，泵 送到反应罐中保持温度为150°C?218°C，经过45?60min时间的反应制得复合橡胶粉改 性浙青。
[0032] 所述膨化处理是利用大功率超声波聚能器和相应的剥离机械将硫化橡胶粉的S-S 共价键(键能270kJ/mol，键长0. 206nm)断裂，尽量不切断C一C键(键能370 kj/mol，键长 0. 158 nm)，打破部分分子间的网架结构使其部分脱硫。在显微镜下膨化后的胶粉呈爆米花 状，粉末颗粒内部形成大量相互贯穿的微裂纹网络，使得比表面积提高，因而具有巨大的表 面能。同时粉末颗粒有大量的悬键存在，使膨化胶粉与浙青有较特殊的相容性和稳定性。
[0033] 步骤（6)中所述碾压遍数为3遍，从洒布复合橡胶粉改性浙青到碾压完成应及时 完成，即当下承层温度为40°C以上时，完成碾压时间为20分钟，当下承层温度为18°C? 40°C时，完成碾压时间为10分钟。
[0034] 本发明的优点在于： 1、本发明所述的方法生产的复合胶粉改性浙青，技术性能和路用性能优良，提高了浙 青材料的软化点、低温延度等技术指标，同时，提高了浙青粘韧性、韧性指标，在保证了高粘 橡胶浙青使用要求的基础上，改善了橡胶浙青的施工和易性和可储存性能。
[0035] 2、优化常规橡胶浙青应力吸收层结构，采用级配碎石代替单粒径碎石，改善了浙 青路面整体结构，提高路面整体强度，改善路用性能； 3、该方法具有施工方便、简单易行，易于应用在工业化生产中。


[0036] 改性浙青级配碎石应力吸收防水层及其制作方法是采取以下技术方案实现的： 改性浙青级配碎石应力吸收防水层由集料和复合橡胶粉改性浙青组成，所述集料采用 粒径为Φ9. 5mnTl3. 2mm和粒径为Φ4. 75mnT9. 5mm的两档碎石料；采用按照集料重量计的 0. 2?0. 5%的复合橡胶粉改性浙青进行预裹附，所述裹附温度为120°C以上，预裹附的集料 堆放时间不超过两周。
[0037] 所述碎石料的石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。
[0038] 所述碎石料采用反击式破碎机轧制。
[0039] 改性浙青级配碎石应力吸收防水层的制作方法包括如下步骤， (1) 施工前进行下承层的清扫、吹尘和清洗 所述清扫采用滑移车和人工方式结合，将原路面进行全面清扫，再用森林灭火鼓风机 沿纵向排成斜线将浮灰吹净，清除旧路或基层表面的浮灰和泥浆； (2) 制备复合橡胶粉改性浙青 (2-1)确定橡胶粉的掺量 选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，所述掺量即质量百分比为基质浙青质量的 16%?20%，从而得到确定的掺量； (2-2)生产复合橡胶粉改性浙青 采用市售的橡胶浙青生产设备，采取间歇式方式生产；并对成品橡胶浙青及时进行检 验，以确保广品质量； (3) 在洒布橡胶浙青前，检查各项指标 a、 空气温度和地面温度都不低于15°C ; b、 下承层干燥，路缘石防护良好； c、 需用的设备进入待命状态，所述设备包括橡胶浙青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机； (4) 复合橡胶粉改性浙青洒布 a、 橡胶浙青洒布量采用2. 2?2. 8kg/m2,可视试验路效果定； b、 起步和终止位置应铺工程纸，以准确进行横向衔接，洒布车经过后应及时取走工程 纸； C、纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm ; (5) 撒铺碎石 经过步骤（4)复合橡胶粉改性浙青洒布后立即撒铺碎石，碎石的级配构成采用粒径 为Φ9·5ι?πΓ13·2πιπι和粒径为Φ4·75ι?πΓ9·5πιπι的碎石进行撒铺，分两次进行；其中，先撒 铺9. 5mm^l3. 2mm档碎石，再撒铺4. 75mm~9. 5mm档碎石，粒径为Φ 9. 5mm^l3. 2mm和粒径为 Φ4. 75mnT9. 5mm的碎石质量比为4:1 ;碎石撒铺量采用16±2kg/m2,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，应补足； (6) 碾压 经过步骤（5)碎石撒铺后应立即进行碾压作业，采用25T以上的胶轮压路机紧跟碎石 撒铺车进行压实完成碾压； 上述六个步骤完成了应力吸收层的施工，考虑到路面面层的施工，还需要进行下述步 骤，以保证路面整体施工质量。
[0040] (7)对橡胶浙青应力吸收层进行清扫，以清除没有粘结的松散碎石，避免影响SAMI 层与上面层的粘结； (8)橡胶浙青应力吸收层施工与上面层浙青混合料紧凑进行，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。在上 面层浙青混合料施工前须加洒粘层油，粘层油洒布量控制在0. 25kg/m2。
[0041] 所述步骤（1)清扫完毕后，将此路段开放交通，利用车轮有吸附作用清洁路面后进 行同步碎石施工。
[0042] 步骤（2-1)中橡胶浙青胶粉掺量的确定以177°C旋转粘度为主要指标，旋转粘度 范围为1. 5?4. OPa · s，上限值4. OPa · s保证良好的路用性能，下限值1. 5Pa · s保证一定的 施工性能，防止因粘度过大造成泵送、拌和困难； 步骤（2-1)中所述试验方法为：将20目和60目货车轮胎（即斜交胎）橡胶粉按照质量 3:2的比例拌合均匀，温度控制在177?204°C之间，拌和1小时后进行试验，所述橡胶浙青 胶粉掺量按照质量比为1%或2%的间隔，选择至少三个不同的橡胶粉掺量进行试验，并根 据试验结果确定橡胶粉掺量；所得橡胶浙青应当在下承层温度为40°C以上时，完成碾压时 间为20分钟，在下承层温度为18°C?40°C时，完成碾压时间为10分钟。
[0043] 步骤（2-2)中所述的生产步骤为采用20目货车轮胎即斜交胎胶粉和60目货车胶 粉以3:2的质量比混合进行膨化处理；处理后的橡胶粉以步骤（2-1)中确定的掺量添加到 温度为176°C?226°C的基质浙青中，采用高速剪切机进行搅拌均匀，速度为3000r/min，泵 送到反应罐中保持温度为150°C?218°C，经过45?60min时间的反应制得复合橡胶粉改 性浙青。
[0044] 所述膨化处理是利用大功率超声波聚能器和相应的剥离机械将硫化橡胶粉的S-S 共价键(键能270kJ/mol，键长0. 206nm)断裂，尽量不切断C一C键(键能370 kj/mol，键长 0. 158 nm)，打破部分分子间的网架结构使其部分脱硫。在显微镜下膨化后的胶粉呈爆米花 状，粉末颗粒内部形成大量相互贯穿的微裂纹网络，使得比表面积提高，因而具有巨大的表 面能。同时粉末颗粒有大量的悬键存在，使膨化胶粉与浙青有较特殊的相容性和稳定性。
[0045] 步骤（6)中所述碾压遍数为3遍，从洒布复合橡胶粉改性浙青到碾压完成应及时 完成，即当下承层温度为40°C以上时，完成碾压时间为20分钟，当下承层温度为18°C?