SBS改性瀝青混凝土在舊水泥路面改造中的應(yīng)用

摘要：文章分析了不同SBS改性劑用量對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響規(guī)律，并結(jié)合茂湛高速公路水泥路面維修改造工程，針對(duì)SBS改性瀝青混凝土作為罩面在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用效果進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：摻入合理用量的SBS改性劑能夠有效提升瀝青混凝土的使用性能，SBS改性劑最佳用量推薦為5%；經(jīng)實(shí)施SBS改性瀝青混凝土罩面后，項(xiàng)目道路的服役質(zhì)量及使用壽命均得到顯著提升，值得在舊水泥路面改造工程中推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高速公路；水泥路面；SBS改性瀝青混凝土；罩面；路用性能

中文分類號(hào)：U418.8A331042

0引言

目前，我國(guó)高速公路的路網(wǎng)規(guī)模位居全球首位，通車總里程＞18×104 km，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大推進(jìn)作用［1-2］。由于近年來(lái)交通流量增長(zhǎng)快速及重載超載多，導(dǎo)致大部分高速公路路面出現(xiàn)了一系列表面性損害，如果沒(méi)有及時(shí)采取維修處治將會(huì)誘發(fā)其他結(jié)構(gòu)病害，給道路運(yùn)營(yíng)安全及使用壽命帶來(lái)嚴(yán)重影響［3-4］。水泥混凝土路面在我國(guó)早期高速公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，隨著人們對(duì)道路通行品質(zhì)要求的提高，大量舊水泥路面將逐步被瀝青路面取代，因此高等級(jí)公路舊水泥路面的“白改黑”工程受到了廣泛關(guān)注［5-7］。本文以茂湛高速公路水泥路面維修改造工程為研究背景，針對(duì)SBS改性瀝青混凝土的綜合性能及其作為罩面在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果展開(kāi)了系統(tǒng)研究，結(jié)果可為SBS改性瀝青混凝土在高等級(jí)舊水泥路面改造工程中的推廣與應(yīng)用提供參考。

1試驗(yàn)方案

1.1原材料

試驗(yàn)所用基質(zhì)瀝青采用AH-90道路石油瀝青，經(jīng)檢測(cè)其主要技術(shù)性能見(jiàn)表1。粗細(xì)集料均選用石灰?guī)r，其中粗集料的表觀相對(duì)密度為2.68，洛杉磯磨耗損失為12.1%，針片狀含量為10.5%，壓碎值為16.6%，磨光值為58%，吸水率為0.87%；細(xì)集料的表觀密度為3.58 g/cm3，含泥量為2.5%，堅(jiān)固性為6.6%，砂當(dāng)量為78%。集料的基本性能指標(biāo)都符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2017）的要求。礦粉選用石灰?guī)r磨細(xì)粉末，其表觀密度為2.68 g/cm3，親水系數(shù)為0.61，含水率為0.52%。SBS改性采用粒徑為3～6 cm的熱塑性丁苯橡膠改性劑，其密度為0.78 g/cm3，熔點(diǎn)為143 ℃。

1.2SBS改性瀝青的制備

將基質(zhì)瀝青放入160 ℃恒溫烘箱中加熱至熱熔流動(dòng)狀態(tài)，然后按比例分別稱取3%、4%、5%、6%的SBS改性劑并緩慢加入基質(zhì)瀝青中，再采用攪拌速率為5 000 r/min的高速剪切機(jī)將其剪切攪拌45 min后，立即置于180 ℃恒溫烘箱中發(fā)育2 h即可完成SBS改性瀝青制備。此外，采用針入度、軟化點(diǎn)、延度等試驗(yàn)測(cè)得SBS改性瀝青的基本性能如表2所示。

由表2可知，隨著SBS改性劑用量的增加，瀝青的針入度逐漸減小，表明摻入SBS改性劑能夠有效提升瀝青的粘稠度和抵抗剪切破壞能力；瀝青的軟化點(diǎn)和延度隨著SBS改性劑用量的增加均逐漸增大，表明SBS改性劑的摻入能夠明顯增強(qiáng)瀝青高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

1.3SBS改性瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)

采用SMA-13級(jí)配類型進(jìn)行SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，并根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果確定出混合料的最佳瀝青用量為5.5%，參照規(guī)范［8］的標(biāo)準(zhǔn)采用車轍、小梁彎曲、凍融劈裂等試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)SBS改性瀝青混合料的路用性能。SBS改性瀝青混合料級(jí)配曲線如圖1所示。

2SBS改性瀝青混凝土的性能評(píng)價(jià)分析

2.1高溫穩(wěn)定性

采用國(guó)產(chǎn)車轍試驗(yàn)對(duì)SBS改性瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，隨著SBS改性劑用量的增加，瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度呈現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢(shì)，其中當(dāng)SBS改性劑用量由0增至5%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度增大了407%左右，表明摻入SBS改性劑能夠有效增強(qiáng)瀝青混凝土在高溫荷載條件下的抗車轍變形能力；當(dāng)SBS改性劑用量繼續(xù)增至6%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度呈現(xiàn)一定的降低趨勢(shì)，其原因是SBS改性劑用量達(dá)到飽和后，致使瀝青膠漿的黏度增加過(guò)大，進(jìn)而引起混合料難以拌和均勻，故高溫穩(wěn)定性有所降低。

2.2低溫抗裂性

SBS改性瀝青混凝土的低溫抗裂性能采用小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)溫度為-10 ℃。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，瀝青混凝土試件破壞時(shí)的應(yīng)變隨著SBS改性劑用量的增加先增大后減小，其中在SBS改性劑用量為3%～6%時(shí)，瀝青混凝土的破壞應(yīng)變較基質(zhì)瀝青分別增大了27.2%、33.1%、34.3%、18.2%，表明摻入SBS改性劑有利于提升瀝青混凝土的低溫抗開(kāi)裂能力。這是由于SBS改性劑具備橡膠材料的彈性特征，同時(shí)還能增加瀝青膠漿的粘結(jié)強(qiáng)度，有利于削弱低溫荷載下的開(kāi)裂變形，故而增強(qiáng)其低溫抗裂性能。

2.3水穩(wěn)定性

通過(guò)凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)SBS改性瀝青混凝土的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，加入SBS改性劑后，瀝青混凝土的凍融劈裂強(qiáng)度比均有不同程度的增大，相較于基質(zhì)瀝青而言，SBS改性瀝青混凝土的凍融劈裂強(qiáng)度比隨改性劑用量的增加分別增大了7.5%～22.0%，即加入SBS改性劑可增強(qiáng)瀝青混凝土的抗水損害性能。這是由于SBS改性劑增強(qiáng)了瀝青-集料界面的結(jié)構(gòu)緊密性和粘結(jié)能力，使得混合料的抗雨水沖擊與剝蝕能力得到提升。在SBS改性劑用量＞5%后，凍融劈裂強(qiáng)度比呈現(xiàn)出急劇降低變化趨勢(shì)，其原因是SBS改性劑用量達(dá)到飽和后會(huì)對(duì)瀝青中的油分產(chǎn)生一定吸附作用，致使瀝青膠漿和集料間的粘性大幅降低，故而削弱了混合料的抗水損害性能。根據(jù)上述各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果可確定出SBS改性劑的最佳用量為5%，即5%SBS改性瀝青混凝土的綜合使用性能表現(xiàn)最優(yōu)。

3工程應(yīng)用

茂湛高速公路是沈海高速公路廣東境內(nèi)的組成部分，是連接廣東、海南、廣西三省（區(qū)）經(jīng)濟(jì)的大通道，也是粵西地區(qū)連接珠三角的高速公路主骨架。茂湛高速公路起自茂名市電白縣觀珠鎮(zhèn)，向西經(jīng)茂名、吳川、化州、廉江、湛江地區(qū)至遂溪縣東坡嶺，全長(zhǎng)105.593 km。茂湛高速公路坡心至源水段水泥路面全長(zhǎng)約82 km，已營(yíng)運(yùn)近14年，路面性能指標(biāo)已明顯低于養(yǎng)護(hù)規(guī)范規(guī)定的服務(wù)水平，特別是路面平整度較差，路面狀況已顯著影響了高速公路行車的安全性和舒適性，需及時(shí)進(jìn)行維修。通過(guò)對(duì)前期舊水泥路面開(kāi)展技術(shù)狀況檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)原水泥路面結(jié)構(gòu)的整體承載能力較好，但平整度較差，在實(shí)施部分區(qū)域換板、灌漿處治后，設(shè)計(jì)單位決定采取加鋪SBS改性瀝青混凝土罩面層的方式來(lái)改善舊水泥路面的平整度。在項(xiàng)目施工完成后，施工單位選取500 m試驗(yàn)路段路面進(jìn)行了施工質(zhì)量檢測(cè)，相關(guān)檢測(cè)結(jié)果如后頁(yè)表3所示。

根據(jù)表3可知，在實(shí)施SBS改性瀝青混凝土罩面層后，試驗(yàn)路段路面的壓實(shí)度、平整度、構(gòu)造深度及滲水系數(shù)平均值分別為99.0%、0.59 mm、1.01 mm、57.5 mL/min，表明各項(xiàng)工后檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)和《公路養(yǎng)護(hù)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG5220-2020）的要求，即路面的密實(shí)度、平整性、抗滑性及密水性等均表現(xiàn)優(yōu)異。通過(guò)對(duì)原路面實(shí)施罩面層維修改造，可以有效處理舊路面病害，防止水對(duì)路面的滲入和破壞，減輕水和重載對(duì)路面的損害，有利于提高道路的服役質(zhì)量及壽命，可為國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供暢通、安全、舒適、環(huán)保的交通運(yùn)輸條件。

4結(jié)語(yǔ)

本文以茂湛高速公路維修改造為研究背景，考察了SBS改性劑對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響規(guī)律，并對(duì)實(shí)際項(xiàng)目舊水泥路面加鋪SBS改性瀝青混凝土罩面層的應(yīng)用效果進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

（1）瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變和凍融劈裂強(qiáng)度比均隨著SBS改性劑用量的增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。摻入合理用量的SBS改性劑能夠有效提升瀝青混凝土的路用性能，SBS改性劑用量宜為5%。

（2）SBS改性瀝青混凝土作為罩面在實(shí)際工程應(yīng)用后，路面的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，工程道路的服役質(zhì)量及使用壽命均得到顯著的提高，值得在舊水泥路面改造工程中推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

［1］付濤.不同層間處理措施下的舊水泥路面瀝青加鋪層有限元分析［J］.甘肅科技，2022，38（21）：8-12.

［2］肖春發(fā)，羅衛(wèi)，粟宋來(lái)，等.水泥路面板加鋪瀝青面層后板底脫空檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法［J］.中外公路，2020，40（1）：52-55.

［3］王勇，郭海洋.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層在“白改黑”工程中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2017（11）：229.

［4］羅雪平，陳楚鵬.重交通條件下白加黑路面粗粒式應(yīng)力吸收結(jié)構(gòu)層瀝青混合料設(shè)計(jì)及其性能研究［J］.西部交通科技，2023（7）：69-72.

［5］孫曉明.高速公路路面“白加黑”施工質(zhì)量控制與管理研究［J］.工程機(jī)械與維修，2023（1）：46-48.

［6］黃定江.舊水泥混凝土路面微裂均質(zhì)化處治技術(shù)在“白加黑”路面再次改造工程中的應(yīng)用［J］.城市道橋與防洪，2022（7）：200-202，25.

［7］林志陽(yáng).基于共振碎石化技術(shù)的“白加黑”工程施工技術(shù)研究［J］.福建交通科技，2019（5）：6-9.

［8］胡迪.高速公路“白加黑”路面改造工程項(xiàng)目舊路處治方案比選研究［J］.西部交通科技，2022（8）：14-15，114.

作者簡(jiǎn)介：管志謹(jǐn)（1982—），工程師，主要從事公路與橋梁工程方面研究工作。