SRX聚合物稳定碎石基层的路用性能分析

王忠浩 武继雷 滕 婷 商辰晓

（烟台大学土木工程学院，山东 烟台 264005）

0 引言

我国交通建设蓬勃发展，为国民经济发展、增强国力和巩固国防作出了重要贡献。在所建高等级公路和城市道路中，半刚性基层以具有经济适用性好、大规模机械施工操作方便、整体性优越等优点，占比达到90%以上。但半刚性基层也存在诸多缺陷，例如坑槽、唧浆、松散、水损害、车辙等严重的路面危害，对道路的整体美观性与使用耐久性造成极大影响。近年来我国逐渐重视柔性基层沥青路面的研究，其中SRX（Solution Road Soilfix）聚合物稳定剂在碎石基层中得到比较广泛的应用和推广。

1 SRX聚合物作用机理

聚合物材料SRX是以多种压力敏感性树脂、高强抗老化树脂聚合而成的特殊路用聚合物溶液。SRX不是石油的衍生品，而是针对全厚式沥青长寿道路专门研制的用于替代沥青的特殊路用聚合物，其在革新半刚性基层的结构性能以及消减影响耐久度的路面病害方面起着突出作用[1]。

聚合物材料由重复分子单元的长链组成。这些长链条相互缠绕形成了大量的塑体。因聚合物链的缠绕方向较为随意，塑体的结构是非晶态的。非晶态塑体有较好的抗冲击强度和韧性。它们不溶于水，但可以加入其它聚合物使其分散在水中。路用聚合物用水作为传递手段来润滑包裹不同粒径的粒料。在机械压实作用下聚合物链交在一起，随着压实度和粘结度提高，结构层稳定性加强[2]。

综上所述，SRX以水为传导媒介，通过有效压实及合理养生过程，在水分挥发的基础上，借助水将该聚合物向柔性基层均匀扩散，凭借基层粒料之间组成的相互嵌挤效果与路面结构层内部的砂砾等固体颗粒表面间存在的有机黏膜，把各部分基层中的颗粒牢固的粘连成整体，由此形成柔性结构层所特有的既有强度而同时存在韧性的特性。SRX稳定碎石强度的组成包括骨料压实的嵌锁力、碎石材料自身的强度以及聚合物在水分挥发后形成的胶结力[3]。

2 SRX聚合物稳定碎石基层的路用性能

路面结构主要由面层、基层和基底层构成。其中，基层承担着路面的承重作用，因此，基层需要具备较高的刚度和强度，同时还需要具备较好的扩散应力。虽然基层受外界因素影响较小，但是在路面长期使用过程中，降雨、地下水等的影响，依然会对基层造成侵蚀，这就需要基层能够有较好的水稳定性[4-5]。除此之外，基层也需要有良好的平整度，保证路面整体平整性。基于此，本文主要从强度、水稳定性、渗水特性、收缩性以及抗永久变形能力几方面对SRX聚合物稳定碎石基层的路用性能进行了分析。

2.1 SRX聚合物稳定碎石基层的强度

SRX聚合物稳定碎石基层的强度形成需要具备高温和风力，经过阳光照射水分挥发，同时促进催化剂的挥发，促使SRX聚合物和碎石形成较强的胶结强度。该过程是一个失水养生的过程，待SRX聚合物和碎石胶结后，具有很高的强度，形成稳固层，同时还有良好的憎水性。聚合物稳定碎石大都采用大粒径密集配，孔隙率一般在3%-8%。粗集料嵌锁成骨架，细集料填充空隙，构成骨架密实性结构，压实后有很好的强度。虽然强度略低于无机料稳定类材料基层，但具有更好的整体性，易于稳定定型。

抗压强度不仅决定了基层在实际工程中的适用范围，还对其他重要的力学性能指标具有一定程度上的影响。通过实验室抗冲刷试验、保水试验发现试件在SRX质量分数较低时（0%-0.75%）干化抗压强度逐渐增大；SRX稳定碎石试件的抗冲刷能力随掺量的增多而增加[6]。

2.2 SRX聚合物稳定碎石基层的水稳定性

长期以来，我国在进行路面结构下面层的铺设时通常采用的是沥青混合料，而这种材料孔隙率较大。在后期路面使用过程中，很容易因为降雨降雪等，导致路面上的水通过沥青层透到面层和基层中间位置。随着长时间水的渗透，水又会通过基层孔隙不断渗透，导致基层长时间被水侵蚀。在车辆荷载作用下，增大了基层的动水压力，容易造成基层脱空，对路面车辆行驶安全带来隐患。

SRX聚合物与级配碎石拌合后，其表面会形成有机膜，并形成牢固的整体，可以产生良好的憎水性，防止水分的侵入，这表明聚合物稳定级配碎石基层具有很好的水稳定性。

2.3 SRX聚合物稳定碎石基层的渗水特性

在路面性能中，渗水特性也十分重要。半刚性基层透水性不佳，降雨降雪等产生的水会从面层渗透下来后会积聚在基层顶面，对基层造成破坏。因此，基层必须具备良好的渗水性能。

SRX聚合物溶液能够与级配碎石形成有机膜，减小基层孔隙率，在SRX掺量的不断增加下，孔隙率也会不断降低。当水从面层渗透下来后，会经过基层继续向下，不会积聚在基层，最后流入排水系统。因此，基层间的水不会长时间滞留，有效避免了路面基层被水侵蚀破坏的问题。

2.4 SRX聚合物稳定碎石基层的抗永久变形性能

对于路面来说，抗永久变形性能对于路面使用寿命、使用质量具有重要的作用。路面在持续的车辆荷载作用下，需要承受很大的压力，如果其抗永久变形性能不佳，很容易发生拥包、车辙等问题。级配碎石是由松散的碎石构成的材料，其特点是刚度小，难以承受较大荷载，在较大荷载下很容易产生变形。因此，如果路面交通量较大，很容易会使路面发生变形，引发车辙问题，影响路面整体使用寿命。

SRX聚合物稳定材料在路面基层中的应用则能够有效解决这一难题。SRX聚合物的主要成分为聚甲基丙烯酸乙酯，具有很强的抗高温性能。此外，混合料的级配，对SRX聚合物稳定级配碎石内部骨料的嵌挤力与内摩阻力有很大影响。其内摩阻力会随着级配结构粒径增长而不断增加，同时，SRX聚合物稳定性级配碎石基层的抗永久变形性能也得到有效提升。因此，在路面基层采用SRX聚合物稳定级配碎石能够提升路面基层抗永久变形性能，减少车辙等路面问题的产生。

2.5 SRX聚合物稳定碎石基层的收缩性能

2.5.1 干缩特性分析

路面基层中，部分稳定类材料在成型后，其内部水分会不断蒸发，而稳定类材料体积也会随之收缩。在这过程中，稳定类材料不断积累拉应力，一旦其拉应力超出基层抗拉强度时，会造成基层裂缝，在路面交通荷载或者外界温度变化的情况下裂缝会逐渐扩展，导致路面层产生反射裂缝，对沥青路面带来一系列问题。

SRX聚合物稳定碎石基层采用大粒径密集配碎石，通过实践表明，级配碎石不同集料的比例对基层干缩裂缝有重要影响，细集料用量减少、粗集料用量增加可以大大降低裂缝发生概率。在后期基层干缩过程中，虽然集料间也会随水分蒸发而发生收缩挤压，但是并不会产生较大的收缩变形，SRX稳定碎石干缩系数比半刚性材料相比有了很大降低，具备良好的抗失水收缩性能。

2.5.2 温缩特性分析

基层传统稳定性材料具有热胀冷缩的特点，当温度降低时，该材料体积收缩，造成基层空间受力不均衡，其内部受力结构的变化会影响到基层表面也跟着产生收缩，在此作用下产生拉应力，如果拉应力不断增加，当超出基层内部粘聚力时，则会产生温缩裂缝。

而同样温度下，SRX稳定材料则会大大降低温缩裂缝的产生概率，由于该材料具有较大的韧性，具有很强的抗拉强度，能够有效抵抗外界温度变化产生的拉应力。因此，在路面基层采用该材料能够有效解决温缩裂缝问题。

3 SRX聚合物稳定碎石基层的优越性

（1）环保性：SRX聚合物材料对环境很友好，符合现在人们的环保理念。其本身无毒无害，不含重金属，不会对周围环境造成任何污染。在国外，曾经在饮水水渠中将SRX衍生产品作为重要的防水材料。

（2）经济性：相比传统沥青混凝土而言，SRX具有更高的性价比，用其修建的道路性能完全达到全厚式沥青道路的技术指标，而其造价仅为全厚式沥青道路造价的一半，再加上工期缩短，寿命延长，附加价值是巨大的。SRX结构只需对SRX以上的薄磨耗层进行养护，避免了开膛破肚式的养护和翻修，又不出现裂缝，显著降低养护成本。

（3）降低裂缝产生概率：由于SRX属于共聚物材料，通过与土石材料或者碎石材料结合，具有很强的柔韧性和稳定性，可以有效改善传统基层路面常见的裂缝问题，提升路面整体质量，延长路面使用寿命。

（4）避免产生车辙：由于SRX聚合物材料具有很强的稳定性和强度，在高温季节，可以有效避免温度造成的基层内部变化产生的车辙问题。

（5）后期养护便捷：传统的沥青混凝土路面在施工后需要洒水进行养护，但是SRX聚合物材料施工后，养护更加简单，常温养护即可。后期水分不断蒸发，SRX聚合物材料胶结强度也不断提高。

（6）混合料存放时间长：与传统材料相比，SRX混合料保存时间更长，在保持水分的条件下，可以保存3d，如果时间过长只需要再次添加水与SRX再进行搅拌即可。SRX混合料的这种特性极大地方便了施工。

（7）水稳性好：由于SRX具有较好的水稳性，因此，SRX施工不受雨季影响，施工条件十分宽松，待SRX压实成型后，SRX具有良好的抗水侵蚀性能。

（8）施工便捷：相比传统半刚性基层施工而言，SRX施工更加便捷，所需的拌合设备简易，不需要较高温度而常温拌合即可，可以缩短一半工期，以12m宽的公路为例，SRX稳定层拌合施工时间仅需两三天左右即可完成1km，大大地提升了施工效率。

（9）适用范围广：SRX聚合物材料具有广泛的适用性，由于其稳定性很强，具有耐酸碱、耐腐蚀等性能，可以在各种酸碱性环境中进行应用，同时也能够稳定各种混凝土垃圾材料等。

（10）对重载车的轴载敏感性较小：在半刚性基层中，其换算载荷会随着基层和沥青层的模量比的增大而增加，换算载荷很可能是12-15次方。而在柔性基层中，一般是按4次方换算，当轴载加大一倍时，对柔性基层的换算轴次是增大16倍，而对半刚性基层可能要变为数十万次。也就是说，路面同样载荷情况下，柔性基层受到的危害会远远低于半刚性基层，有效保障了路面的使用情况。

（11）路面层厚度要求不高：传统半刚性基层对路面厚度要求较高，这是由于半刚性基层强大的强度很容易在高温季节时，内外部软硬不一产生推移，所以需要一定的厚度。而SRX聚合物柔性路面由于与耗磨层进行良好粘结，不会因为外界温度变化而产生推移问题，所以不存在这类问题。

4 结束语

综上所述，SRX聚合物稳定碎石基层的优势十分明显，其强度、水稳定性、渗水特性、抗永久变形性能以及收缩性能等方面都具有良好的路用性能，并且SRX聚合物基层沥青路面的结构设计会根据不同地区的气候、温度、水文以及地质等情况来分析确定，最终确定聚合物具体的道路结构，最终造价也会远远低于实验测算价格[7]。除此之外，SRX还在防治松散、车辙、水侵蚀等方面具有良好的性能，在后期道路养护上也更加便捷，大大提升了道路质量和延长了使用寿命，满足目前国内外市场对路面结构的可持续发展与造价经济性的迫切需要。不难看出，SRX以其诸多优越性获得了道路工程研究者的关注，并被逐渐应用，对它的研究可为聚合物碎石基层在道路工程的应用和推广提供技术支撑与工程建设经验。