聚合物改性瀝青薄層修補料路用性能及力學性能試驗研究

楊三強， 黃士周

(河北大學 建筑工程學院， 河北 保定 071002)

隨著公路里程的不斷增長、交通流量的快速增加，公眾需求也隨之日益提高，如何做好路面養(yǎng)護工作，使公路保持一個良好的運行狀態(tài)，是中國廣大公路工作者面臨的重大問題。該文開展聚合物改性瀝青薄層修補料性能試驗研究解決公路養(yǎng)護問題，具有重要意義。

依托新疆G30高速公路路面養(yǎng)護項目，采取試驗室內研究以及工廠加工生產，對基質瀝青進行改性，得到性能優(yōu)良的高黏改性瀝青。采用探地雷達以及現場觀測等研究方法，對比分析原路面與修補過路面的平整度、構造深度、摩擦系數、層間黏結等指標的差異。

1 工程背景

G30連霍高速公路善鄯試驗段位于中國北方具有火州之稱的吐鄯托盆地，區(qū)域最高氣溫達49 ℃，降雨量分布極不均勻(吐魯番-托克遜地區(qū)僅幾毫米)，試驗路段裂縫、坑槽、車轍病害異常嚴重。

G3012和庫高速公路試驗段位于南疆地區(qū)，地處歐亞大陸腹地、遠離海洋。冬季極端低溫-52 ℃、干旱少雨、降雨量分布極不均勻、溫差大，這些氣候特點使得瀝青路面材料遭受嚴酷的考驗，由此引發(fā)了車轍、溫度疲勞裂縫、低溫開裂等多種早期病害。

G3014奎屯至克拉瑪依高速公路，該區(qū)域路面面臨大溫差條件和應力疲勞破壞導致半剛性基層道路出現大量由水泥穩(wěn)定基層變形破壞引起的反射裂縫，誘發(fā)了多種嚴重道路病害。

2 聚合物改性瀝青薄層修補料原材料試驗研究

2.1 聚合物改性瀝青

聚合物改性瀝青采用塔化60#基質瀝青與克煉90#、超源化工90#基質瀝青混合摻配，再加入SBS改性劑、礦粉、穩(wěn)定劑等特殊改性劑配制而成。試驗通過摻配不同比例的改性劑，得出不同聚合物改性瀝青技術指標，聚合物改性瀝青配比及指標檢驗結果如表1所示。

對比分析表1可知：方案1的總體性能優(yōu)于其他方案，聚合物改性瀝青薄層修補料所用的改性瀝青采用方案1的配比設計。

2.2 集料

所用集料為玄武巖碎石，其物理性能指標及篩分結果如表2、3所示。

3 聚合物改性瀝青薄層修補料路用性能試驗研究

聚合物改性瀝青薄層修補料主要應用于高速公路路面麻面、龜裂等病害，能有效減小行車荷載對路面結構的沖擊作用。由于其與路面結構黏結緊密，形成不透水層，對于路面的抗水損害作用明顯。聚合物改性瀝青薄層修補料路用性能主要從路面平整度、構造深度、摩擦系數、力學性能以及黏結性能等方面進行研究，對比分析修補后路面與原路面在性能上的差異，進而體現出聚合物改性瀝青薄層修補料對于解決高速公路實際問題的重要性。

表1 聚合物改性瀝青配比及指標檢驗結果

表2 集料篩分結果

3.1 路面平整度試驗研究

對不同高速公路試驗段的平整度進行調查，結果如圖1所示。

由圖1可知：G3014K49+350～K49+450路段損害嚴重。薄層修補料修補路面的平整度要明顯優(yōu)于瀝青混合料原路面。

表3 碎石指標檢驗結果

3.2 路面構造深度試驗研究

對不同高速公路試驗段的構造深度進行調查，結果如表4所示。

圖1 不同高速公路試驗段平整度統(tǒng)計圖(允許偏差：5 mm)

表4 不同高速公路試驗段構造深度調查統(tǒng)計

由表4可知：相同路段條件下，聚合物改性瀝青薄層修補料修補后路面的構造深度較原瀝青混合料路面構造深度平均提高了40%。

3.3 路面摩擦系數試驗研究

不同高速公路試驗段的摩擦系數統(tǒng)計結果見表5。

表5 不同高速公路試驗段摩擦系數調查

續(xù)表5

測點樁號路面不同部位實測擺值/BPN12345測點平均擺值/BPN路表溫度/℃G3012 K144+210原路面393733414139.272薄層修補料處理過路面525254525052.073G3012 K144+220原路面484044524445.273薄層修補料處理過路面515254545252.672G3014 K49+350原路面323432383033.273薄層修補料處理過路面525646474549.270G3014 K49+450原路面353633363235.472薄層修補料處理過路面545551494851.471

由表5可知：通過對不同高速試驗路摩擦系數檢測，可知采用養(yǎng)護薄層修補料修補后的路面較老路面摩擦系數平均提高了30%。

4 聚合物改性瀝青薄層修補料力學性能試驗研究及檢測

路面養(yǎng)護薄層修補料貼在道路龜裂處，經車輛碾壓與路面緊密黏結在一起。為研究路面養(yǎng)護薄層修補料與原路面之間的黏結力，借助AYTJ-10C黏結強度拉拔儀對鉆取芯樣進行拉拔試驗，結果表明：薄層修補料結構層與原路面結合良好，黏結緊密，構成了完整的一體結構，薄層修補料與瀝青路面的黏結力平均值為5 MPa。

借助探地雷達對原路面以及聚合物改性瀝青薄層修補料處理過的路面進行探測，結果表明：薄層修補料處理過的路面雷達探測圖界面清晰，分層明顯，說明薄層修補料與原瀝青路面擠嵌良好，形成了整體結構。原路面雷達探測圖界面模糊，說明瀝青路面結構裂縫較多，破壞明顯。

5 結論

(1) 對比分析聚合物改性瀝青配比方案設計，方案1的總體性能優(yōu)于其他方案，聚合物改性瀝青薄層修補料所用的改性瀝青采用方案1的配比設計。

(2) 通過薄層修補料路用性能試驗研究可知，經薄層修補料處理過的路面相對于原路面在平整度、構造深度、摩擦系數等方面均有較大的改善與提高。

(3) 對薄層修補料力學性能試驗研究可知，薄層修補料結構層與原路面結合良好，黏結緊密，構成了完整的一體結構，薄層修補料與瀝青混合料路面的黏結力平均值為5 MPa。

(4) 探地雷達探測結果表明：薄層修補料處理過的路面雷達探測圖界面清晰，分層明顯，說明薄層修補料與原瀝青混合料路面擠嵌良好，形成了整體結構。原路面雷達探測圖界面模糊，說明瀝青混合料路面結構裂縫較多，破壞明顯。