周慶華

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，公路工程系，陜西 西安 710018）

高模量瀝青混凝土是一種新型路面結(jié)構(gòu)，因其整體模量較高，抗疲勞性能良好等特點(diǎn)，正在逐漸受到重視。高模量瀝青混凝土在國(guó)外的使用已經(jīng)比較成熟，但是在中國(guó)，針對(duì)高模量瀝青混凝土的研究還處于初期階段，對(duì)于施工過(guò)程中各項(xiàng)環(huán)節(jié)的控制還缺乏成熟經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合扶項(xiàng)高速公路實(shí)體工程，通過(guò)鋪筑高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路，系統(tǒng)地研究了高模量瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)以及施工環(huán)節(jié)的控制方法，對(duì)高模量瀝青混凝土的施工工藝進(jìn)行分析和總結(jié)，為今后高模量瀝青混凝土路面的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 原材料

在法國(guó)主要通過(guò)兩種途徑來(lái)提高瀝青混凝土的模量：一種是使用低標(biāo)號(hào)瀝青，即30＃以下的瀝青，主要采用的是20＃瀝青；另一種是使用高模量添加劑。使用第一種途徑的比例約為高模量瀝青混凝土總產(chǎn)量的70%左右，第二種途徑約占30%，而隨著高模量專(zhuān)用添加劑產(chǎn)品的日益成熟，其所占的比例也在逐漸提高。鑒于現(xiàn)階段中國(guó)低標(biāo)號(hào)瀝青產(chǎn)品并不十分成熟的現(xiàn)狀，確定選用高模量專(zhuān)用外摻劑作為提高模量的途徑。所用各種原材料的情況如下:

1.1 礦料

采用干凈、堅(jiān)硬、耐磨的滎陽(yáng)石灰?guī)r礦料，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。礦粉為石灰?guī)r加工而成，礦粉采用礦粉罐車(chē)直接將礦粉打入拌和樓礦粉罐，以備生產(chǎn)時(shí)使用。

1.2 外摻劑

選用法國(guó)PR公司的PR Module專(zhuān)用外摻劑，外摻劑的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2，按照使用要求，外摻劑的推薦用量為瀝青混合料的0.6%～0.8%，本研究采用的用量為0.7%。

1.3 瀝青

高模量瀝青混凝土主要用于交通量較大、受力環(huán)境較為惡劣的路段，因此選用規(guī)范中的A級(jí)瀝青作為高模量瀝青混凝土的瀝青材料。根據(jù)氣候條件，采用SK－70＃瀝青。其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

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2 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)道路設(shè)計(jì)要求,試驗(yàn)路段面層結(jié)構(gòu)型式為：4cm細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土AC-13+6cm高模量瀝青混凝土HMAC-20+8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25。試驗(yàn)路采用的是該路段原中面層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)級(jí)配，根據(jù)前期的室內(nèi)性能試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，此級(jí)配能夠滿(mǎn)足路用性能要求，其合成級(jí)配配合比見(jiàn)表3。

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外摻劑在混合料中熔化后一方面形成加筋作用，另一方面也會(huì)裹覆一定量的瀝青，所以使用外摻劑的高模量瀝青混凝土比普通瀝青混合料的最佳瀝青用量有所提高。試驗(yàn)中高模量外摻劑摻量為瀝青混合料總質(zhì)量的0.7%，根據(jù)前期試驗(yàn)成果，并在施工方前期試驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，采用4.08%、4.38%、4.68%三種油石比進(jìn)行平行試驗(yàn)，按馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)要求，并考慮瀝青混合料工作性以及經(jīng)濟(jì)性，確定試驗(yàn)路的最佳油石比為4.38%。

考慮到高模量瀝青混凝土的特殊性，其力學(xué)性能是否得到改善是配合比設(shè)計(jì)結(jié)果是否可行的重要因素，因此在配合比設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)中首先增加了力學(xué)性能測(cè)試。作為對(duì)比，同時(shí)對(duì)使用外摻劑和不使用外摻劑的兩種瀝青混凝土的20℃抗壓回彈模量進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表5。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)兩種不同級(jí)配瀝青混合料而言，外摻劑的應(yīng)用使得混合料的抗壓回彈模量平均提高約40%左右。這說(shuō)明PR Modulus外摻劑對(duì)HMAC的抗壓回彈模量有顯著提高。

混合料其它驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，表中數(shù)據(jù)顯示，高模量瀝青混凝土抵抗高溫車(chē)轍、低溫變形和水損害的性能均能滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范中的相關(guān)要求。尤其是混合料的高溫性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范要求，外摻劑的使用在提高混合料力學(xué)性能的同時(shí)，也相應(yīng)改善了混合料抵抗高溫變形的能力，說(shuō)明這種高模量瀝青混凝土具有較強(qiáng)的承載能力和抵抗高溫變形能力。

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3 混合料生產(chǎn)

在高模量瀝青混凝土的生產(chǎn)過(guò)程中，如何準(zhǔn)確快捷地投放外摻劑、控制混合料的拌和時(shí)間以及拌和溫度是關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。其中拌和時(shí)間主要指外摻劑與集料的干拌時(shí)間，由于外摻劑是顆粒狀，既要保證其能夠在有限的時(shí)間內(nèi)完全熔化，又不過(guò)多延長(zhǎng)拌和周期；另外，外摻劑的加入使得混合料的粘度增加，溫度控制不當(dāng)，則會(huì)造成混合料拌和不均勻，結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。

3.1 外摻劑的添加

外摻劑加入的時(shí)機(jī)和方式對(duì)于拌和效果至關(guān)重要。由于拌和樓每盤(pán)拌制瀝青混合料3噸，根據(jù)外摻劑摻量為瀝青混合料的0.7%的要求，計(jì)算得每盤(pán)料中外摻劑添加量為21kg。在試驗(yàn)路鋪筑前先將外摻劑全部分裝成21kg的小袋，根據(jù)外摻料的技術(shù)要求和現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，決定將分裝好的外摻料放置于拌和倉(cāng)附近，通過(guò)人工方式從拌和樓的進(jìn)料口添加進(jìn)去。采用外摻劑事先分裝、人工投放的方式雖然較好地完成了混合料的生產(chǎn)，但是考慮到今后高模量瀝青混凝土大規(guī)模生產(chǎn)的需要，建議改裝現(xiàn)有拌和倉(cāng)，增加外摻劑的計(jì)量裝備，實(shí)現(xiàn)外摻劑添加的自動(dòng)化。

3.2 外摻劑干拌時(shí)間確定

為了保證外摻劑的充分熔化，外摻劑加入拌和倉(cāng)后需要與熱集料進(jìn)行一段時(shí)間的干拌過(guò)程。確定干拌時(shí)間經(jīng)歷了兩個(gè)階段，首先在試驗(yàn)室內(nèi)初步確定干拌時(shí)間，再通過(guò)拌和樓試拌調(diào)整干拌時(shí)間。

試驗(yàn)中分別用 0秒、5秒、10秒、15秒、30秒進(jìn)行干拌后，用肉眼進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)0秒和5秒均有不同程度的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，15秒及30秒PR Module顆粒分布均較為均勻，摻加瀝青拌和后能夠充分熔化且無(wú)結(jié)團(tuán)，同時(shí)考慮到過(guò)長(zhǎng)的干拌時(shí)間會(huì)造成拌和周期變長(zhǎng)，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)拌和樓的生產(chǎn)效率會(huì)顯著降低，因此選取15秒作為外摻劑的干拌時(shí)間。

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拌和樓試拌時(shí)，對(duì)前幾盤(pán)試拌的瀝青混合料一一進(jìn)行仔細(xì)觀(guān)察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有少量PR Module未融成扁平狀，仍然表現(xiàn)出較硬的特性。經(jīng)研究決定把集料與外摻劑的干拌和時(shí)間延長(zhǎng)2秒，即干拌時(shí)間設(shè)置為17秒。經(jīng)過(guò)連續(xù)觀(guān)察，延時(shí)后拌出的混合料中無(wú)外摻劑不熔情況，滿(mǎn)足技術(shù)要求。

3.3 拌和溫度控制

通過(guò)室內(nèi)試拌試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PR Module添加劑在175～180℃與集料干拌17s，能使添加劑迅速軟化成不規(guī)則的扁平狀，與集料具有很好的相融性，分散均勻、無(wú)凝結(jié)成團(tuán)現(xiàn)象?？紤]到高溫拌和有利于添加劑迅速軟化，可減少HMAC混合料的拌和時(shí)間，因此高模量瀝青混凝土拌合溫度應(yīng)該高于普通瀝青混合料，在考慮到室內(nèi)拌合會(huì)有較多的熱量散失，最終確定HMAC的拌和溫度為170℃～175℃。

3.4 試驗(yàn)路鋪筑

由于高模量瀝青混凝土具有瀝青含量高、粘性大的特點(diǎn)，施工過(guò)程中要求嚴(yán)格控制攤鋪和碾壓溫度，施工溫度控制范圍見(jiàn)表7?；旌狭线\(yùn)輸采用大噸位自卸汽車(chē)，每輛運(yùn)輸車(chē)到現(xiàn)場(chǎng)均測(cè)量混合料溫度，溫度低于攤鋪溫度時(shí)，混合料不得卸車(chē)。瀝青混合料攤鋪由兩臺(tái)攤鋪機(jī)聯(lián)合作業(yè)，攤鋪寬度為13米，因?yàn)楦吣Ａ繛r青混凝土拌和產(chǎn)量相對(duì)較低，為避免拌和樓料供應(yīng)不上，攤鋪機(jī)速度控制在1.0-1.5m/min。為了防止高模量瀝青混合料溫度降低時(shí)變硬，宜在兩臺(tái)攤鋪機(jī)后緊跟兩臺(tái)壓路機(jī)同時(shí)進(jìn)行碾壓，以確保路面壓實(shí)效果。具體碾壓方式組合如下：雙鋼輪靜壓一遍＋輪胎壓路機(jī)碾壓7遍＋雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍?？刂茐簩?shí)溫度使得初壓為160℃～170℃，碾壓速度為 1.5～2.0 km/h，復(fù)壓 140℃～160℃，碾壓速度為 2.0～3.0km/h，終壓在 120℃～140℃,碾壓速度為3.0～4.0 km/h，碾壓終了溫度要求在120℃以上。

4 試驗(yàn)路檢測(cè)

高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路施工后，為檢驗(yàn)施工質(zhì)量，對(duì)試驗(yàn)路的壓實(shí)度、平整度、滲水系數(shù)、彎沉等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

檢測(cè)結(jié)果顯示，高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路的壓實(shí)度、平整度、滲水系數(shù)和彎沉均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，且水平較為穩(wěn)定，說(shuō)明施工中采用的碾壓組合以及對(duì)溫度的控制范圍適合高模量瀝青混凝土的施工。

在試驗(yàn)路通車(chē)后八個(gè)月，分別對(duì)高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路段進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)路面無(wú)明顯車(chē)轍和開(kāi)裂現(xiàn)象。采用落錘式彎沉儀對(duì)試驗(yàn)路段和正常路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，并反算出路面結(jié)構(gòu)綜合模量，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 落錘式彎沉儀（FWD）測(cè)試結(jié)果

圖2 結(jié)構(gòu)的瀝青面層動(dòng)態(tài)模量對(duì)比

從圖2中可以看出，用FWD檢測(cè)三個(gè)車(chē)道的反算模量比正常路段的要高，雖然反算出來(lái)的模量屬于瀝青面層的綜合模量，但由于其他結(jié)構(gòu)層相同，綜合模量的差異也能反映HMAC中面層和SBS改性瀝青混凝土中面層力學(xué)性能的差異，結(jié)果說(shuō)明高模量瀝青混凝土路段比SBS改性瀝青混凝土路段的整體承載力好，通車(chē)八個(gè)月后未出現(xiàn)明顯的病害，整體性能良好。

結(jié)論

高模量瀝青混凝土是一種具有良好的承載能力和抗變形能力的路面材料，本文通過(guò)系統(tǒng)地研究高模量瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)以及施工環(huán)節(jié)的控制方法，根據(jù)高模量瀝青混凝土的特點(diǎn)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工的各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，提出了適用于高模量瀝青混凝土路面的施工工藝。

檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足施工要求，試驗(yàn)路具有明顯的整體性強(qiáng)、承載能力高等特點(diǎn)，表明本研究所采用的施工方法較為合理，施工效率高、組織嚴(yán)密，降低了道路的建設(shè)成本，適合于國(guó)內(nèi)施工條件。

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