瀝青混凝土直投改性劑在中亞高寒地區(qū)的研究與應(yīng)用

袁露

蘇交科集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 211100

中亞高寒地區(qū)現(xiàn)有道路年代久遠(yuǎn)，病害嚴(yán)重，運輸能力有限，鑒于目前的交通運輸條件，使用成品改性瀝青需要付出高額的運輸成本，而且存在供貨不足的問題。近些年來，我國對于干法工藝生產(chǎn)改性瀝青混合料的研究院越來越多，部分研究表明，干法生產(chǎn)瀝青混合料具有成本低、更利于監(jiān)管、實施靈活等優(yōu)點，而且可以達(dá)到和濕法工藝相似的瀝青混合料[1]。因此，深入研究干法工藝生產(chǎn)的改性瀝青混合料，對直投改性劑在中亞高寒地區(qū)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的參考價值。

1 直投改性劑在中亞高寒地區(qū)的應(yīng)用情況

依據(jù)中亞高寒地區(qū)的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)場用聚合物改性瀝青混凝土瑪蹄脂碎石混合料和瑪蹄脂碎石聚合物改性瀝青混凝土》（CTPK2373-2013）附件G建議使用的聚合物清單，建議使用的直投改性劑有PRFlex-20、Butonal、Cyпepплact、Superplast、ПP-Флeкc、Viskoplast-S等。

通過了解，目前最為常使用的是PRFlex-20以及Butonal兩種。PRFlex-20是一種高粘度固體瀝青混合料添加劑，呈顆粒狀，直徑約為：3mm。能夠增強(qiáng)瀝青結(jié)合料與骨料的內(nèi)聚附著性能及粘結(jié)性。Butonal是一種基于苯乙烯-丁二烯分散的液體聚合物改性劑，用于改善瀝青、瀝青乳液和瀝青混凝土的特性，可以加入到瀝青中，也可以直接加入到瀝青混凝土中。

中國國路高科生產(chǎn)的干法SBS改性劑通過將SBS膠屑結(jié)構(gòu)單元微細(xì)化至50μm、普通SBS物理尺寸的約1/100，與集料和基質(zhì)瀝青在短時間拌合過程中快速熔融、達(dá)到微米級分散，充分發(fā)揮SBS改性效果，直接拌和成為性能優(yōu)良的SBS改性瀝青混合料[2]。

本文通過控制單一變量（不同直投改性劑的摻量）對改性瀝青混凝土性能進(jìn)行檢測，確定滿足規(guī)范要求的各種直投改性劑最佳摻量，通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析為施工選擇提供依據(jù)。

2 改性瀝青混凝土制備及性能試驗

2.1 原材料選擇

粗、細(xì)集料及填料應(yīng)該滿足中亞高寒地區(qū)的相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求。瀝青結(jié)合料同樣應(yīng)滿足中亞高寒地區(qū)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，按照設(shè)計圖紙要求，使用70/100號基質(zhì)瀝青。瀝青試驗指標(biāo)的詳細(xì)數(shù)據(jù)詳見表1。由試驗結(jié)果分析可知，瀝青所檢各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表1 基質(zhì)瀝青試驗結(jié)果匯總表

2.2 直投添加劑

試驗使用的直投添加劑為PRFlex-20、Butonal、國路高科干法SBS。

2.3 試驗室制備改性瀝青混合料樣品

結(jié)合公路改造項目實際情況，其上面層采用SMA20改性瀝青混凝土。使用SMA20瀝青混凝土來驗證各種直投添加劑的實際效果[3]。

使用試驗室小型拌合鍋拌制瀝青混合料，之后按照中亞高寒地區(qū)的國家標(biāo)準(zhǔn)《道路和機(jī)場用有機(jī)膠結(jié)料試驗方法》（CTPK1218-2003）要求，采用靜壓法成型瀝青混凝土試件。SMA20聚合物改性瀝青混凝土各項指標(biāo)應(yīng)滿足中亞高寒地區(qū)國家標(biāo)準(zhǔn)CTPK2373-2013要求，具體數(shù)據(jù)要求詳見表2。

2.4 性能試驗

對成型的樣品進(jìn)行高度和直徑檢測，合格后按表2的檢測項目進(jìn)行相關(guān)物理力學(xué)性能檢測。其中位移穩(wěn)定性是測定試件在單軸壓縮和馬歇爾穩(wěn)定度試驗條件下的最大荷載及相應(yīng)的極限變形量，通過荷載及變形量計算內(nèi)摩擦系數(shù)[4-5]。

表3中各種檢測指標(biāo)的具體試驗過程及相關(guān)要求見規(guī)范（CTPK1218-2003），在此不做贅述。

使用前文描述的3種直投改性劑制備的瀝青混合料性能指標(biāo)試驗數(shù)據(jù)結(jié)果詳見表3。

表3 瀝青混凝土試驗結(jié)果匯總表

2.5 結(jié)果分析

直投改性劑摻量：通過摻入不同比例的直投改性劑，均可以得到滿足規(guī)范要求的瀝青混凝土。三種直投改性就的摻量基本一致[6-7]。

體積指標(biāo)：三種摻量的直投改性劑制備的樣品體積指標(biāo)檢測結(jié)果基本一致。

力學(xué)性能指標(biāo)：通過表2分析可知，PRFlex-20和干法SBS直投改性劑拌制的混合料力學(xué)性能指標(biāo)基本一致，試驗結(jié)果大于Butonal改性劑拌制的瀝青混合料。圖1可以很直觀地反映出各項力學(xué)性能指標(biāo)的大小。

圖1 力學(xué)性能分析圖

表2 SMA改性瀝青混凝土物理力學(xué)性能指標(biāo)要求

2.6 經(jīng)濟(jì)性等分析

Butonal直投改性劑為液體聚合物改性劑，一般為桶裝（每桶約1000L），無需特別的存儲設(shè)備，每噸為210萬堅戈（約合人民幣3.23萬）。

PRFlex-20直投改性劑為2-4mm大小的顆粒裝固體，一般為袋裝（每袋約1噸），需要放入倉庫存儲防止受潮，每噸為220萬堅戈（約合人民幣3.38萬）。

國路高科干法SBS改性劑（SBS-T）為固體顆粒，一般為袋裝（一般為20Kg/袋，也可定制包裝），同PRFlex-20需要倉庫存儲。因為還沒有進(jìn)入中亞高寒地區(qū)市場，目前無中亞高寒地區(qū)銷售價格[8-9]。

因國路高科干法SBS未確定中亞高寒地區(qū)報價，僅對PRFlex-20和Butonal進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，通過計算，每噸SMA混合料中Butonal改性劑較PRFlex-20成本約降低15.6堅戈（約合人民幣0.24元）。

三者均需要單獨的拌合樓投料裝置及計量系統(tǒng)，在使用Butonal改性劑時需要注意如果運輸中有較長的停頓時間或者再工作班結(jié)束時，應(yīng)用水沖洗系統(tǒng)，防止聚合物堵塞管道。

3 結(jié)語

綜合數(shù)據(jù)我們可以得出以下結(jié)論，PRFlex-20、Butonal、國路高科干法直投SBS改性劑三種改性劑拌制的瀝青混合料均能夠滿足中亞高寒地區(qū)的相關(guān)規(guī)范要求。三者摻量相差不大，均在4%～5%范圍內(nèi)，實際使用時依據(jù)現(xiàn)場材料進(jìn)行微調(diào)。

Butonal直投改性劑力學(xué)性能指標(biāo)相對另外兩種改性劑偏低，體積指標(biāo)三者基本一致。

直投改性劑需要專門的投料機(jī)進(jìn)行投料，Butonal作為液體改性劑，可以提前按比例加入基質(zhì)瀝青中（保證質(zhì)量前提下），可以省去專門投料設(shè)備。

海外工程和偏遠(yuǎn)地區(qū)因交通運輸條件和現(xiàn)場改性成本限制，使用改性瀝青存在較大困難，直投改性劑直接投入到攪拌缸，無需配制專門的改性設(shè)備，能夠有效地解決此問題。同時省去了改性瀝青生產(chǎn)加工，節(jié)約成本并縮短工期。在施工時要做好質(zhì)量控制，防止直投改性劑拌合不均勻造成瀝青混合料不均勻而發(fā)生質(zhì)量問題。