膠粉改性瀝青在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

孫洪水

（河北交通投資集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展水平的顯著提升， 我國(guó)道路運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展也得到了充分的促進(jìn)，這就導(dǎo)致了道路交通中超載、重載情況的加重，與此同時(shí)，由于氣溫變化、渠化交通等因素的影響，瀝青路面的病害問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，而膠粉改性瀝青這種材料也就是在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生的， 這種材料作為新型材料中的一種，對(duì)于瀝青路面的病害，有著更為良好的修復(fù)效果及養(yǎng)護(hù)效果[1]。

2 京張高速公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目概況

以京張高速公路路面養(yǎng)護(hù)工程為例， 主線路面罩面采用3 cmARHM-10 膠粉改性瀝青混凝土， 防水層采用膠粉改性纖維防水層。 全線兩條行車道進(jìn)行罩面，主線路面采用3 cmARHM-10 膠粉改性瀝青混凝土，防水層采用膠粉改性纖維防水層； 應(yīng)急車道邊緣線右側(cè)0.6 m 范圍內(nèi)做3 cm 橫坡銜接過渡，剩余應(yīng)急車道部分分2 次噴灑SBR 乳化瀝青粘層油。橋面鋪裝統(tǒng)一銑刨， 上面層采用4 cmARHM-13 膠粉改性瀝青混凝土鋪筑， 存在擁包及修補(bǔ)不良的局部位置將下面層銑刨采用5（6）cmAC-20C 改性瀝青混凝土進(jìn)行回填，上面層與下面層之間、下面層與混凝土鋪裝層間，均采用膠粉改性纖維防水層，瀝青撒布量分別為1.8 kg/m2、2.0 kg/ m2。在跨徑＜10 m且無伸縮縫的橋涵上，需直接加鋪3 cm 的罩面層，罩面施工后，于小橋涵板端做切縫，切縫寬1 cm，深1.5 cm。 同時(shí)，在官?gòu)d湖大橋的橋面處理中，需將橋面微表處進(jìn)行精銑刨后，加鋪1.5 cm 微罩面，加鋪時(shí)注意伸縮縫處過渡處理。

3 膠粉改性劑的特性

當(dāng)前隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，廢舊輪胎越來越多，利用廢舊輪胎加工成膠粉，添加到瀝青混凝土中，可變廢為寶。 橡膠粉劑能夠吸收瀝青中烴類、樹脂等有機(jī)質(zhì)，經(jīng)過一系列化學(xué)變化、物理變化，使橡膠粉劑發(fā)生濕潤(rùn)、膨脹，軟化點(diǎn)隨之提升，黏度明顯增大。 同時(shí)，橡膠粉兼具橡膠的彈性、韌性、黏性等特點(diǎn)，將其應(yīng)用在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中，路用性能會(huì)有明顯提升。 將膠粉改性劑添加至基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性形成膠粉改性瀝青， 軟化點(diǎn)明顯提升、 針入度顯著減少， 膠粉改性瀝青的高溫穩(wěn)定性更高，對(duì)夏季路面行車導(dǎo)致推擠、車轍問題有較大改善作用。 同時(shí)，采用膠粉改性及對(duì)瀝青進(jìn)行改性，使其溫度敏感性降低，這就意味著即使高速公路路面處于溫度較低條件下， 其抗流動(dòng)性變得更強(qiáng)，本身黏度系數(shù)也大于基質(zhì)瀝青，溫度變化并不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響。 由此也就能夠看出應(yīng)用膠粉改性瀝青的必要性。

4 膠粉改性瀝青配合比設(shè)計(jì)

4.1 膠粉改性瀝青

依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)膠粉改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 瀝青檢測(cè)結(jié)果

4.2 集料

本配合比設(shè)計(jì)所用粗集料、細(xì)集料、礦粉依據(jù)JTG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn)，主要技術(shù)指標(biāo)見表2～表4。

表2 集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

表3 粗集料主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表4 細(xì)集料、礦粉主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

4.3 礦料級(jí)配摻配

依據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》選擇集料時(shí)， 按照設(shè)計(jì)文件對(duì)AC-20 型瀝青混合料的礦料級(jí)配要求，確定各礦質(zhì)組成材料質(zhì)量所占比例，詳見表5。

表5 礦料比例及合成級(jí)配

4.4 確定最佳瀝青用量

在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中，關(guān)于最佳瀝青用量的確定，需重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)。

4.4.1 5 個(gè)不同油石比的馬歇爾試驗(yàn)

設(shè)計(jì)級(jí)配確定后， 以預(yù)估的油石比4.0%為中值， 選用3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%五個(gè)油石比， 按照委托方要求，PRM 高模量劑摻量為混合料總量的0.4%，對(duì)5 個(gè)油石比對(duì)混合料分別制備馬歇爾試件。 依據(jù)設(shè)計(jì)文件及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制作溫度與施工實(shí)際溫度應(yīng)一致，具體見表6[2]。

表6 瀝青混合料試件的制作溫度℃

而后采用雙面各擊75 次成型試件， 試件尺寸符合直徑101.6 mm±0.2 mm，高63.5 mm±1.3 mm 的要求。 試件成型后，靜置過夜，采用表干法測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度，并據(jù)此計(jì)算試件的空隙率，瀝青飽和度等物理指標(biāo)。 5 種油石比的馬歇爾試件試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）在油石比為3.0%時(shí)，試件毛體積相對(duì)密度為2.423；理論最大相對(duì)密度為2.617； 空隙率為7.4%； 礦料間隙率為15%；有效瀝青飽和度50.7%；馬歇爾穩(wěn)定度為8.47 kN；流值為1.7 mm；

2）在油石比為3.5%時(shí)，試件毛體積相對(duì)密度為2.444；理論最大相對(duì)密度為2.597；空隙率5.9%；礦料間隙率為14.7%；有效瀝青飽和度為60%； 馬歇爾穩(wěn)定度為9.18 kN； 流值為2.2 mm；

3）在油石比為4.0%時(shí)，試件毛體積相對(duì)密度為2.460；理論最大相對(duì)密度為2.577； 空隙率為4.5%； 礦料間隙率為14.5%；有效瀝青飽和度為68.6%；馬歇爾穩(wěn)定度為10.33 kN；流值為2.6 mm；

4）在油石比為4.5%時(shí)，試件毛體積相對(duì)密度為2.460；理論最大相對(duì)密度為2.558； 空隙率為3.8%； 礦料間隙率為14.9%；有效瀝青飽和度為74.3%；馬歇爾穩(wěn)定度為9.99 kN；流值為3.0 mm；

5）在油石比為5.0%時(shí)，試件毛體積相對(duì)密度為2.455；理論最大相對(duì)密度為2.539； 空隙率為3.3%； 礦料間隙率為15.5%；有效瀝青飽和度為78.7%；馬歇爾穩(wěn)定度為8.65kN；流值為3.4 mm；

在實(shí)際進(jìn)行試驗(yàn)的過程中， 還需注意空隙率技術(shù)要求在3.5%～4.5%；礦料間隙率技術(shù)要求需≥13%；有效瀝青飽和度技術(shù)要求在65%～80%；馬歇爾穩(wěn)定度技術(shù)要求≥8 kN；流值技術(shù)要求在2～4 mm。

4.4.2 確定最佳瀝青用量油石比

依據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，以油石比為橫坐標(biāo)，馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，確定符合規(guī)范要求的瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的油石比范圍OACmin～OACmax。油石比結(jié)果見表7。

表7 油石比結(jié)果

表7 中，a1～a4分別為最大毛體積密度、目標(biāo)空隙率、穩(wěn)定度最大值、瀝青飽和度中值時(shí)對(duì)應(yīng)的油石比；OAC1為a1～a4的平均值， 如選擇瀝青用量范圍不涵蓋瀝青飽和度要求范圍，OAC1為a1～a3的 平 均 值 （適 用 本 研 究）；OAC2為OACmin與OACmax的平均值。在最佳油石比的確定中，主要以O(shè)AC1、OAC2的中值為準(zhǔn)， 因此， 本研究確定最佳油石比為4.3%[3]（OAC=(OAC1+OAC2)/2）。

5 瀝青混合料的性能檢驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)文件及JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》技術(shù)要求，對(duì)選定的最佳油石比、礦料級(jí)配進(jìn)行瀝青混合料的性能檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，具體結(jié)果如下。

5.1 瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)

瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)詳見表8。

表8 油石比瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)

5.2 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)級(jí)配稱取礦料，采用油石比4.3%，用車轍試驗(yàn)成型機(jī)碾壓成型300 mm×300 mm×50 mm 的板塊狀試件3 個(gè)，將試件連同試模一起在常溫條件下靜置60 h，然后將試件連同試模一起移置溫度為60 ℃±1 ℃的恒溫室中5 h， 最后將試件連同試模移置于車轍試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定其動(dòng)穩(wěn)定度[4]。 實(shí)測(cè)動(dòng)穩(wěn)定度平均值7 215，大于技術(shù)要求5 000 次/mm。

5.3 低溫抗裂性能檢驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)級(jí)配稱取礦料，采用油石比4.3%，在車轍試驗(yàn)成型機(jī)模壓成型后切制，試件尺寸符合長(zhǎng)250 mm±2.0 mm，寬30 mm±2.0 mm，高35 mm±2.0 mm 的要求。 將試件置于-10 ℃±0.5 ℃的恒溫水槽中保溫不少于45 min。 最后將試件對(duì)稱安放在萬能材料試驗(yàn)機(jī)或壓力機(jī)支座上測(cè)定其抗彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變[5],實(shí)測(cè)油石比4.3%情況下，最大彎拉應(yīng)力平均值為2 764，大于技術(shù)要求的2 000。

在上述參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定之后，可開展京張高速公路路面養(yǎng)護(hù)作業(yè)， 保證路面養(yǎng)護(hù)后能夠通過夏季高溫考驗(yàn)，并提升其動(dòng)態(tài)模量、高溫穩(wěn)定性能、抗車轍能力及結(jié)構(gòu)承載力，延長(zhǎng)路面使用壽命。

6 應(yīng)用情況

項(xiàng)目于2021 年7 月完成路面工程主體施工，建設(shè)單位委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了交工驗(yàn)收質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)定。 檢測(cè)評(píng)定依據(jù)包括公路養(yǎng)護(hù)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、 公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程、公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程等進(jìn)行，兩個(gè)路面標(biāo)段分部工程質(zhì)量評(píng)定等級(jí)均為合格， 單位工程質(zhì)量評(píng)定等級(jí)均為優(yōu)良。

7 結(jié)論

綜上所述， 將高模量瀝青混凝土充分作用于高速公路路面養(yǎng)護(hù)中，對(duì)路面抗高溫、抗車轍等能力提升大有裨益。 本文以京張高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)開展為例， 深入探討了高模量瀝青混凝土在高速公路路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用技術(shù)， 希望能夠?yàn)槲覈?guó)高速公路養(yǎng)護(hù)施工的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供一定思路和建議。