ARP 瀝青混合料在國省干道車轍處治中的應(yīng)用研究

高天宇GAO Tian-yu

（揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，揚(yáng)州 225000；揚(yáng)州市江都區(qū)交通運(yùn)輸局，揚(yáng)州 225200）

0 引言

在當(dāng)代交通量不斷增長和重載超載現(xiàn)象日益嚴(yán)重的社會環(huán)境下，為了治理日益嚴(yán)重的路面病害，改善瀝青路面的各項(xiàng)性能，將聚合物添加劑應(yīng)用于瀝青混合料中是國內(nèi)外研究人員最常用的一種手段。許多研究表明，SBS 可以提高瀝青混合料的抗車轍、抗水穩(wěn)定性、抗開裂等性能。NCAT試驗(yàn)路上進(jìn)行的研究比較了SBS 改性瀝青混合料和未改性瀝青混合料的抗車轍性能。結(jié)果顯示，在900 萬等效單軸載荷作用后，改性瀝青混合料和未改性瀝青混合料的車轍深度分別為2.7mm 和6mm[1]。近年來，許多新型改性劑已投入使用，如抗車轍劑、高模量改性劑等，受到越來越多的關(guān)注。高模量劑是一種能夠顯著提高瀝青混合料勁度模量和抗疲勞性能的聚合物添加劑，發(fā)源于法國[2-3]。周慶華[4]對高模量瀝青混凝土進(jìn)行高溫蠕變試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)動態(tài)模量高達(dá)14GPa，說明HMAC 具有優(yōu)秀的抗車轍、抗疲勞和耐久性。岳秀梅[5]研究了橡膠粉和高模量劑摻量對SMA 混合料綜合路用性能的影響，并將其與SBS 改性SMA 混合料進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)基于橡膠粉與高模量劑復(fù)配技術(shù)所生產(chǎn)的SMA 混合料其綜合路用性能可達(dá)到甚至超過SBS 改性SMA 混合料。趙毅[6]等在普通70#瀝青中摻入高模量劑，發(fā)現(xiàn)需改變混合料的制備工藝才能使其疲勞壽命和模量達(dá)到最佳狀態(tài)?？管囖H劑[7]是專門用來改善瀝青混合料的抗車轍性能的聚合物添加劑，其主要成分為高分子聚合物，代表性的有法國PRI、德國路孚8000、國產(chǎn)的車轍王等產(chǎn)品。陳兵[8]通過路用性能試驗(yàn)對不同摻量的抗車轍劑和SBS 改性劑的SMA-13 瀝青混合料各項(xiàng)性能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)二者的最佳摻量分別為0.4%和5%；在最佳摻量下，抗車轍劑對混合料的高溫性能提升效果要優(yōu)于SBS 改性劑，而SBS 改性劑對混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性改善效果要優(yōu)于抗車轍劑。郭博[9]對摻抗車轍劑的瀝青混合料、基質(zhì)瀝青混合料分別進(jìn)行短期老化和長期老化試驗(yàn)，來評價抗車轍劑改性瀝青混合料的耐老化性能。試驗(yàn)結(jié)果表明抗車轍劑對于老化后瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能有一定程度的改善?？梢姡壳笆袌錾细黝惛男蕴砑觿┢贩N繁多，其實(shí)際路用性能各有優(yōu)劣，優(yōu)選出合適的改性添加劑，進(jìn)而提高瀝青混合料路用性能和減少路面損壞，是道路從業(yè)人員需要解決的問題之一。基于此，本研究擬結(jié)合新型的ARP 添加劑，依托江蘇省某國省干道大中修工程，將ARP 應(yīng)用于SUP-25 瀝青混合料中，并與常規(guī)的SUP25 瀝青混合料進(jìn)行對比，通過對瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能以及施工技術(shù)的研究，為不同改性劑在瀝青混凝土中的應(yīng)用提供借鑒和參考。

1 原材料

1.1 集料和填料

本研究采用石灰?guī)r集料和礦粉，對其基本性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如表1～表2 所示?；拘阅軡M足相關(guān)規(guī)范要求。

表1 礦料密度和吸水率測試結(jié)果

表2 礦料篩分結(jié)果

1.2 瀝青

本研究采用兩種瀝青，分別為70#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青。其中70#基質(zhì)瀝青用于ARP 瀝青混合料，SBS 改性瀝青用于常規(guī)的Sup25 瀝青混合料。對兩種瀝青的基本性能進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3 所示，均符合設(shè)計(jì)要求。

表3 瀝青性能檢測結(jié)果

1.3 ARP 外摻劑

本研究所用ARP 外摻劑呈黑色顆粒狀，其外觀如圖1所示，其摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.45%，技術(shù)指標(biāo)見表4。

圖1 ARP 外摻劑外觀圖

表4 高模量劑性能檢測結(jié)果

2 瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

采用Superpave 方法進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為100 次。對于ARP 瀝青混合料，采用70#基質(zhì)瀝青，ARP 摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.45%。在進(jìn)行試驗(yàn)時，首先把ARP 外摻劑和集料進(jìn)行干拌60s，然后再加入瀝青拌合90s，再加入礦粉拌合90s，總拌合時間為4min。對于常規(guī)的SBS 瀝青混合料，采用規(guī)范方法進(jìn)行拌合。本研究采用的級配和設(shè)計(jì)結(jié)果分別如表5～表6 所示。

表5 SUP25 級配設(shè)計(jì)結(jié)果

表6 瀝青混合料各材料比例

3 瀝青混合料性能分析

為明晰ARP 瀝青混合料的性能特點(diǎn)，對其性能進(jìn)行了測試，包括高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性和動態(tài)模量，并與常規(guī)的SUP25 改性瀝青混合料進(jìn)行對比。

3.1 高溫性能分析

本研究采用車撤試驗(yàn)測試瀝青混合料的高溫性能，試驗(yàn)按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行，輪壓為0.7MPa，試驗(yàn)分別在60℃和70℃兩個溫度下進(jìn)行。測試結(jié)果如表7 所示。

表7 瀝青混合料動穩(wěn)定度測試結(jié)果

由表7 可見，①兩種瀝青混合料的動穩(wěn)定度均超過了3000 次/mm，滿足規(guī)范要求；②在兩種測試溫度下，基質(zhì)瀝青加ARP 組成的ARP 瀝青混合料的動穩(wěn)定度均優(yōu)于常規(guī)的SBS 改性瀝青混合料，在60℃時，二者的動穩(wěn)定度分別為6266 次/mm 和5635 次/mm，前者是后者的1.11 倍；在70℃時，分別為2082 次/mm 和1853 次/mm，前者是后者的1.12 倍；③兩種瀝青混合料的動穩(wěn)定度均隨著測試溫度上升而出現(xiàn)了大幅下降，并且二者的下降幅度幾乎相等?？梢姡珹RP 外摻劑對瀝青混合料的高溫性能具有明顯的改善作用，使得ARP 瀝青混合料的動穩(wěn)定度略微優(yōu)于SBS 改性瀝青混合料。

3.2 低溫性能分析

本研究采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)測試瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行，測試溫度為-10℃。測試結(jié)果如表8 所示。

表8 瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)測試結(jié)果

瀝青混合料作為典型的黏彈塑性材料，高低溫性能往往不可兼顧，提高瀝青混合料的高溫性能后，其低溫性能往往會受到影響，反之亦然。從表8 所示結(jié)果可以看出，①ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變均滿足設(shè)計(jì)要求；②ARP 瀝青混合料的破壞強(qiáng)度高于SBS瀝青混合料，而其破壞應(yīng)變低于SBS 瀝青混合料。表8 數(shù)據(jù)表明，ARP 瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變比SBS 瀝青混合料低了約6%，表明ARP 瀝青混合料在低溫時的容許變形更小，可能更易產(chǎn)生低溫開裂，但考慮到Sup25 瀝青混合料一般用于瀝青路面的下面層，該層位一般不會發(fā)生低溫開裂，因此ARP 瀝青混合料的低溫性能是符合路面使用要求的。

3.3 水穩(wěn)定性分析

本研究采用凍融劈裂試驗(yàn)測試瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行。測試結(jié)果如表9 所示。

表9 瀝青混合料水穩(wěn)定性測試結(jié)果

由表9 試驗(yàn)結(jié)果可見，①ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均大于80%，滿足規(guī)范要求；②ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為87.6%和87.9%，二者比較接近，表明兩種瀝青混合料對水分的敏感程度相似，但ARP 瀝青混合料凍融前后的劈裂強(qiáng)度均高于SBS 瀝青混合料，表明ARP 瀝青混合料在荷載作用下更不易發(fā)生開裂，進(jìn)而避免了可能的水分浸入，從而在避免了水損害，因此雖然二者對水分的敏感程度相近，但在實(shí)際路況中，ARP 瀝青混合料可能表現(xiàn)出更好的抗水損害能力。

通過以上分析可見，ARP 外摻劑能夠明顯改善瀝青混合料的路用性能，甚至略優(yōu)于SBS 改性瀝青混合料性能，究其原因，可歸納為以下幾個：①ARP 外摻劑具有快速分散的能力，能夠在短暫攪拌后迅速分散到瀝青混合料中，保證了對瀝青混合料改性的均勻性；②ARP 外摻劑能夠增粘、增稠瀝青，ARP 部分熔化后的成分在瀝青中以極為離散的狀態(tài)凝固，形成高強(qiáng)而穩(wěn)定的固化結(jié)構(gòu)；增強(qiáng)了瀝青的稠度，使瀝青具有較高的軟化點(diǎn)；③ARP 外摻劑的粘連加筋作用，一部分熔化的成分及少量未熔的成分裹附在石料表面，在石料與瀝青、石料與石料之間形成一個搭橋的作用，產(chǎn)生較大的粘結(jié)力，增加了瀝青與骨料的粘附性，這就使得瀝青混合料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而使成型瀝青路面的滲透性大大降低，抗水損害能力大幅提高。

4 工程應(yīng)用

為了驗(yàn)證ARP 瀝青混合料的實(shí)際路用性能，依托江蘇某國道養(yǎng)護(hù)工程進(jìn)行ARP 瀝青混合料試驗(yàn)段實(shí)施應(yīng)用。該路段交通荷載較重，在服役過程中出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的車轍，為了對車轍路段進(jìn)行處置，采用ARP 瀝青混合料鋪筑了試驗(yàn)路段，采用的級配為Sup25。

在正式施工前，檢查所有機(jī)械設(shè)備，保證其正常使用狀態(tài)。在瀝青混合料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，HMM13 的生產(chǎn)需增加ARP 外摻劑投放環(huán)節(jié)，其他程序與常規(guī)瀝青混合料生產(chǎn)相同。ARP 外摻劑采用小袋包裝，每包的重量與拌和站每盤生產(chǎn)能力相匹配。采用人工將ARP 外摻劑與二次篩分的集料同時投放到拌鍋中，控制好生產(chǎn)溫度，保證出料溫度在180～185℃。在瀝青混合料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，注意控制幾下幾點(diǎn)：

①礦料的干拌時間由原來的5s 調(diào)整為10s，確保ARP添加后拌合均勻，可實(shí)現(xiàn)快速溶解的目的；

②濕拌時間需滿足40s，確保瀝青混合料充分拌合，有利于ARP 材料的均勻分散，有效提升瀝青混合料高溫性能；

③ARP 添加過程中及時跟蹤投料工，防止人工投放添加量不準(zhǔn)、投放不及時等問題的發(fā)生；

④嚴(yán)格檢測出料溫度，出廠檢測均采用插入式水銀溫度計(jì)逐車檢測，不可僅依靠紅外測溫儀。

瀝青混合料生產(chǎn)過程如圖2～圖3 所示。

圖2 視頻監(jiān)測人工投料

圖3 裝料過程

在ARP 瀝青混合料的碾壓環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制好碾壓溫度和復(fù)壓遍數(shù)。ARP 瀝青混合料的碾壓溫度需保持在合理范圍內(nèi)，太低則壓實(shí)度不足，太高則碾壓時推移現(xiàn)象明顯?，F(xiàn)場采用福格勒伸縮式攤鋪機(jī)進(jìn)行瀝青混合料攤鋪，攤鋪速度3～3.5m/min，碾壓機(jī)械采用2 臺雙剛輪壓路機(jī)、1臺膠輪壓路機(jī)，碾壓方案采用雙鋼輪前靜后振2 遍+30t 膠輪6 遍+雙鋼輪靜壓2 遍。經(jīng)現(xiàn)場檢測，初壓溫度控制170-175℃，復(fù)壓溫度控制在140-145℃，終壓溫度控制在120-125°C，整體碾壓溫度控制較好。圖4～圖5 為施工現(xiàn)場圖。

圖4 施工溫度控制

圖5 現(xiàn)場簡易檢測滲水情況

經(jīng)施工后檢測，試驗(yàn)路段的滲水、壓實(shí)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。在施工半年后，對試驗(yàn)路段進(jìn)行了跟蹤檢測，沒有發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)車轍病害，表明ARP 瀝青混合料初步達(dá)到了設(shè)計(jì)意圖，其長期性能還需要進(jìn)一步跟蹤檢測。

本研究進(jìn)一步對ARP 瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。SBS 改性瀝青價格為5000 元/t，70#基質(zhì)瀝青價格為4000 元/t，ARP 外摻劑價摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.45%（相當(dāng)于瀝青質(zhì)量的11%），價格為6000 元/t，則以每噸瀝青混合料為計(jì)算單位，ARP 瀝青混合料的價格相對于SBS改性瀝青混合料價格可節(jié)省大約400 元/t，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語

本文依托某國省干道養(yǎng)護(hù)工程，對ARP 外摻劑對瀝青混合料性能影響進(jìn)行了探究，并于常規(guī)的SBS 改性瀝青混合料進(jìn)行對比，結(jié)論如下：

①ARP 瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性均優(yōu)于改性瀝青混合料Sup25，但前者的低溫性能略低。

②ARP 瀝青混合料施工方便，各項(xiàng)施工指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，且經(jīng)過半年跟蹤檢測，實(shí)際路用性能較好。

③ARP 瀝青混合料Sup25 的價格相較于SBS 改性瀝青混合料，每噸可節(jié)約400 元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。