高模量劑改性瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

劉日東

摘要：高質(zhì)量的復(fù)合改性瀝青能夠有效提高路面使用性能。通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)施工方法，本文采用橡塑柔性外摻劑作為高模量劑原材料，對(duì)瀝青進(jìn)行改性以提高其穩(wěn)定耐久性能，并對(duì)相關(guān)施工工藝的操作要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。應(yīng)用效果表明，高模量劑改性瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)具有提高瀝青路面承重層抗高溫車轍、低溫抗裂和抗疲勞性能等特點(diǎn)，可有效延長(zhǎng)路面維護(hù)周期。

關(guān)鍵詞：改性瀝青 橡塑柔性外摻劑 施工工藝 路用性能

Research and Application of High Modulus Agent Modified Asphalt Pavement

LIU Ridong1， 2

（1. Zhejiang Communications Construction Group Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Province， 310051 China; 2. ZCCC Jinzhu Transportation Construction Co.，Ltd. Zhejiang Province， 310051 China）

Abstract： High quality composite modified asphalt can effectively improve the performance of pavement. By improving the traditional construction method， this article uses rubber and plastic flexible admixture as the raw material of the high modulus agent to modify the asphalt to improve its stability and durability， and summarizes the operating points of the related construction technology. The application effect shows that the key technology of high modulus agent modified asphalt pavement has the characteristics of improving high temperature rutting resistance， low temperature crack resistance and fatigue resistance of the bearing layer of asphalt pavement， which can effectively extend the maintenance cycle of the pavement.

Key Words： Modified asphalt; Flexible rubber and plastic admixture; Construction technology; Road performance

通過(guò)向?yàn)r青材料中摻加不同類型的外摻劑形成復(fù)合改性瀝青，可有效提升其自身性能，已廣泛應(yīng)用于公路路面施工^[1]。隨著“十四五”規(guī)劃和交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的發(fā)布，人們對(duì)高速公路的建設(shè)水平和工程質(zhì)量提出了更高要求。傳統(tǒng)的復(fù)合改性瀝青無(wú)法滿足高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能等能力，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)早期破壞較多、抗滑性能衰減過(guò)快等現(xiàn)象^[2-4]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于復(fù)合改性瀝青的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，在延長(zhǎng)道路使用壽命、抗疲勞、延緩反射裂縫以及降噪等方面均得到明顯的效果^[5-13]。但是，傳統(tǒng)意義上的復(fù)合改性瀝青仍存在些許不足。以最常見的橡膠改性瀝青為例，由于橡膠對(duì)瀝青高溫性能的改善程度弱于其對(duì)瀝青低溫性能的改善程度，導(dǎo)致所形成的瀝青路面修復(fù)周期較短，存在一定缺陷性。而且，傳統(tǒng)橡膠改性瀝青在高溫溶脹后形成的瀝青橡膠共混物溫度一般在190℃～218℃之間，具有穩(wěn)定性差、存儲(chǔ)時(shí)間短等弊端，易造成施工過(guò)程中的能源浪費(fèi)。此外，復(fù)合改性瀝青的配制往往需要借助特殊的生產(chǎn)設(shè)備，推廣應(yīng)用成本較高。

基于上述問題，本文通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)施工方法，開展高模量劑改性瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，以期能夠提高瀝青混合料的抗車轍、抗裂等路用性能，延長(zhǎng)路面壽命，從而節(jié)約路面維護(hù)成本。

1 工程概況

平黎公路嘉善段改擴(kuò)建工程路線總體為南北走向，起點(diǎn)位于嘉善與平湖交界處的界河，沿線經(jīng)上跨越滬杭高速公路、下穿滬杭鐵路客運(yùn)專線后上跨嘉善塘。爾后上跨滬昆鐵路、南星港、320國(guó)道、伍子塘，經(jīng)干窯分離立交下穿申嘉湖高速公路、上跨紅旗塘并與西塘鎮(zhèn)南苑路平交，終點(diǎn)與西塘鎮(zhèn)嘉興綜合保稅區(qū)南北向主干道復(fù)興大道平交，路線總長(zhǎng)度23.9km。

為了開展高模量劑改性瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究，選取長(zhǎng)度1.74km的試驗(yàn)標(biāo)段，路面結(jié)構(gòu)形式如下：上面層為4cm的ARAC-13SBS改性瀝青混凝土，中面層為5cm的AC-16CSBS改性瀝青混凝土，下面層為6cm的AC-20C瀝青混凝土，基層和底基層均采用水泥穩(wěn)定碎石。

2 工藝原理

如圖1所示，在對(duì)瀝青的改性過(guò)程中，由于高模量外摻劑的單元顆粒具有獨(dú)特的空腔狀表面結(jié)構(gòu)，其改性作用原理主要包括三部分：一是瀝青與外摻劑之間組合形成了零散的聚合物晶體;二是在含有瀝青的灰漿與礦物性陣列之間形成了聚合體搭橋;三是添加劑成分與瀝青之間發(fā)生了一系列的物理化學(xué)交換作用?；诖?，通過(guò)高模量外摻劑對(duì)瀝青的改性，瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、抗疲勞性能等得到顯著提高。本文中高模量外摻劑采用圖2所示的橡塑柔性劑材料。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

圖3為高模量外摻劑改性瀝青路面的施工工藝流程。根據(jù)車流量和車輛荷載實(shí)際情況，對(duì)重載車輛多和車流量大的區(qū)域的平交路口等易產(chǎn)生流變型車轍路段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定需進(jìn)行高模量劑改性瀝青修復(fù)的路段。對(duì)修復(fù)改造路段，挖除原有道路的結(jié)構(gòu)層，加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層和高模量劑改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層。

制備結(jié)構(gòu)層瀝青混合料，對(duì)拌合樓相關(guān)設(shè)備檢查無(wú)誤后，橡塑柔性劑等原材料就位備用。待礦料加熱后，按設(shè)計(jì)配合比加入不同集料并拌和一定時(shí)間，制備完成瀝青混凝土，并封閉運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓高模量劑改性瀝青，降低到一定溫度后可恢復(fù)道路交通。

3.2 操作要點(diǎn)

1 路況檢測(cè)和舊路挖除

根據(jù)實(shí)際車流量和車輛荷載情況，選取重載車輛多和車流量大的區(qū)域平交路口等易產(chǎn)生流變型車轍的路段作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象，確定需進(jìn)行高模量劑改性瀝青修復(fù)的路段。對(duì)修復(fù)改造路段，挖除原有道路的結(jié)構(gòu)層，加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層和高模量劑改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層。

2 設(shè)備檢查

檢查高模量劑自動(dòng)計(jì)量投料裝置的接線，清除干凈進(jìn)料口，連接自動(dòng)計(jì)量投料裝置的數(shù)據(jù)線與排合樓控制式，然后將橡塑柔性劑倒進(jìn)料斗備用。

3 原材料準(zhǔn)備

根據(jù)不同結(jié)構(gòu)層功能所對(duì)應(yīng)的瀝青改性方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)下面層的材料級(jí)配和配合比。高模量改性劑的摻加量根據(jù)實(shí)際需要確定，本工程所采用的摻加量為混合料質(zhì)量的0.35%。瀝青混合料設(shè)計(jì)采用馬歇爾擊實(shí)法，本工程所采用的最佳油石比為3.78%。

4 瀝青混合料生產(chǎn)

首先將礦料加熱到180℃-185℃，隨后根據(jù)摻量設(shè)計(jì)要求，將抗車轍劑通過(guò)風(fēng)送設(shè)備與粗集料一同加入到190℃-200℃的高溫集料中進(jìn)行拌和。

集料的干拌時(shí)間一般不應(yīng)短于25s，根據(jù)拌和站系統(tǒng)設(shè)置好的順序依次添加;在同步加入填料及改性瀝青后，改性瀝青的濕拌時(shí)間不應(yīng)短于30s。拌和完成后，應(yīng)檢查混合料瀝青是否包裹均勻，尤其不能出現(xiàn)花白料。改性劑投放如圖4所示。

5 瀝青混凝土的運(yùn)輸

高模量改性劑瀝青混凝土的運(yùn)輸可按照聚合物改性瀝青混凝土的要求進(jìn)行，尤其要做好運(yùn)輸過(guò)程中的密閉保溫性能。

6 現(xiàn)場(chǎng)攤鋪、碾壓

由于高模量劑改性瀝青混合料具有較強(qiáng)的內(nèi)粘聚力，因此在攤鋪過(guò)程中應(yīng)緊跟，保證混合料在較高溫度下進(jìn)行施工，從而滿足壓實(shí)度要求。

本工程采用兩臺(tái)側(cè)邊安裝有反向螺旋的攤鋪機(jī)進(jìn)行階梯攤鋪，可有效減少攤鋪過(guò)程中的混凝土離析現(xiàn)象。本工程所采用的攤鋪參數(shù)中，實(shí)際攤鋪速度控制在2.5m/min左右，振搗頻率5級(jí)。攤鋪表面整體應(yīng)均勻密實(shí)，混合料攤鋪后立即進(jìn)行碾壓，單次碾壓長(zhǎng)度宜控制在50m-80m范圍內(nèi)。圖5所示為現(xiàn)場(chǎng)高模量劑改性瀝青混凝土的攤鋪和碾壓情況，可見采用本文施工關(guān)鍵技術(shù)的攤鋪碾壓效果良好。

7 通行

當(dāng)攤鋪后的路表溫度低于50℃時(shí)，可以恢復(fù)部分道路交通，其中載重車輛需24小時(shí)后才能準(zhǔn)予通行。

4 結(jié)論

結(jié)合某試驗(yàn)路段，本文系統(tǒng)開展了高模量劑改性瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，主要結(jié)論有：

（1）本文關(guān)鍵技術(shù)具有提升瀝青路面承重層抗高溫車轍、抗低溫裂縫性能和耐久穩(wěn)定性能等特點(diǎn)，適用于普通公路路面中易發(fā)生較大車轍病害的中下面層鋪筑和修復(fù)，對(duì)長(zhǎng)大下坡、連續(xù)彎道、爬坡、軟基路段等特殊路況條件也可適用。

（2）在高溫條件下，高模量劑瀝青混合料改性劑能快速包裹在集料表面防止其發(fā)生離析，保證混合料道路表面的動(dòng)穩(wěn)定度一致。

（3）高模量劑改性瀝青混合料因其抗車轍性能衰減度較小，可有效提高其高溫抗車轍與高溫穩(wěn)定性。

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