鐘磊

廈門(mén)市政工程公司（361000）

AC-20高模量改性瀝青混合料的研制

鐘磊

廈門(mén)市政工程公司（361000）

簡(jiǎn)述AC-20高模改性瀝青混合料的研制及生產(chǎn)。該型瀝青混合料的研制成功，較大幅度提高了瀝青路面的承載能力及抗形變恢復(fù)能力，有效延長(zhǎng)了瀝青路面的使用壽命，給瀝青生產(chǎn)施工企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

高模改性瀝青；瀝青混合料；性能；混合料；經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)選擇優(yōu)質(zhì)石材，合理調(diào)整粗細(xì)骨料級(jí)配曲線以及使用經(jīng)高模改性后的瀝青和外摻劑所生產(chǎn)出的高模量改性瀝青混合料性能穩(wěn)定，具有良好的荷載承受能力和彈性恢復(fù)能力，非常適合大型機(jī)場(chǎng)跑道、超重交通公路等工程項(xiàng)目，在國(guó)外已被大量運(yùn)用。隨著我國(guó)公路運(yùn)輸車輛及載重量的與日劇增，瀝青路面車轍、沉陷、網(wǎng)裂等各類病害也層出不窮。高模量改性瀝青混合料的運(yùn)用將有效提高瀝青路面的承載能力和抗形變能力，極大地保障了高等級(jí)公路使用性能，延長(zhǎng)瀝青路面的使用年限，節(jié)約了瀝青路面病害處置的人力物力，因此具有廣泛的使用空間和重要的推廣價(jià)值。

1 工程概況

廈門(mén)高崎國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于廈門(mén)島的東北端，距廈門(mén)市中心10公里；地處閩南金三角的中心地帶，與臺(tái)灣隔海相望，三面臨海，環(huán)境優(yōu)美，凈空條件優(yōu)越，具有良好的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。2011年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)完成旅客吞吐量超1 500萬(wàn)人次，居全國(guó)第11位。機(jī)場(chǎng)自2007年對(duì)飛機(jī)跑道道面進(jìn)行了二次瀝青混凝土加鋪以來(lái)，道面承載能力下降，跑道端、聯(lián)絡(luò)道及平滑道等處局部出現(xiàn)沉陷、擁包、車轍等病害現(xiàn)象。經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)分析，病害產(chǎn)生的主要因素系中下面層瀝青混凝土承載能力和抵抗流動(dòng)性車轍的能力較差，應(yīng)將改造的重點(diǎn)放在提高中下面層瀝青混合料彈性恢復(fù)能力與動(dòng)穩(wěn)定度極限上。

2 研制目標(biāo)

結(jié)合工程施工設(shè)計(jì)圖文件，通過(guò)科技創(chuàng)新自主研發(fā)具有優(yōu)異性能指標(biāo)的高模改性瀝青及抗車轍性能突出的優(yōu)質(zhì)瀝青混合料。主要提高的技術(shù)指標(biāo)如下：

1）高模改性瀝青性能提高目標(biāo)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 高模改性瀝青軟化點(diǎn)提高目標(biāo)

圖2 高模改性瀝青彈性恢復(fù)提高目標(biāo)

2）高模改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高目標(biāo)見(jiàn)圖3。

3）高模量改性瀝青及混合料的其他性能指標(biāo)均需符合國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件要求規(guī)定。

3 研制方案

1）高模改性瀝青的制備

在試制過(guò)程中選用各項(xiàng)性能指標(biāo)較好的殼牌A級(jí)70#瀝青作為基質(zhì)瀝青，使用嵌段比為4：6的星型SBS改性劑進(jìn)行高模改性瀝青的制備?；|(zhì)瀝青、普通SBS改性瀝青與高模量改性瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

圖3 高模改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高目標(biāo)

表1 基質(zhì)瀝青、普通SBS改性瀝青及高模量改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

相對(duì)于嵌段比3：7的普通線型SBS改性劑的改性效果，嵌段比4：6的星型SBS改性劑賦予改性瀝青更高的材料強(qiáng)度和更好的彈性恢復(fù)能力。不過(guò)由于星型改性劑的特殊分子結(jié)構(gòu)，在制備高模量改性瀝青的過(guò)程中應(yīng)注意延長(zhǎng)改性劑在基質(zhì)瀝青中的溶脹時(shí)間并適當(dāng)增加膠體磨的研磨遍數(shù)，以確保改性劑能充分熔入基質(zhì)瀝青形成穩(wěn)定的高模量改性瀝青膠漿。

2）高模量改性瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

在進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中,筆者針對(duì)近年來(lái)廈門(mén)地區(qū)瀝青路面高溫車轍病害現(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)研究。通過(guò)對(duì)病害路面瀝青結(jié)構(gòu)取樣分析,高溫車轍的多發(fā)是因?yàn)槠胀r青混合料均采用懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，即：整個(gè)瀝青混合料中粗集料所占比例很少，大顆粒集料均懸浮在細(xì)集料和瀝青之間無(wú)法有效承受荷載壓力，導(dǎo)致該類型瀝青混合料雖然密實(shí)度較高，但穩(wěn)定度較差，在高溫下容易產(chǎn)生流動(dòng)車轍變形。本次配合比的設(shè)計(jì)在依照民航規(guī)范的同時(shí)，較多參考了交通部的JTG F40-2004瀝青路面施工的相關(guān)規(guī)定，通過(guò)選用經(jīng)反擊破工藝生產(chǎn)的玄武巖石材并增加了4.75mm以上骨料的用量，使粗集料在混合料中能相互嵌擠形成骨架，將瀝青混合料傳統(tǒng)的懸浮密實(shí)型轉(zhuǎn)變?yōu)楣羌苊軐?shí)型，在提升瀝青混合料穩(wěn)定度的同時(shí)也增強(qiáng)了瀝青路面結(jié)構(gòu)的承載能力。另外考慮到飛機(jī)自重大、輪子少、應(yīng)力集中等特點(diǎn)，在瀝青混合料的拌制過(guò)程中通過(guò)摻加一定比例的抗車轍劑來(lái)進(jìn)一步提高道面瀝青結(jié)構(gòu)層動(dòng)穩(wěn)定度，有效防止車轍病害的產(chǎn)生。

3）高模量改性瀝青混合料的拌制

為保證瀝青混合料的質(zhì)量，必須使用狀態(tài)良好的間歇式拌合機(jī)，嚴(yán)格按最佳油石比控制混合料中瀝青的含量，每批次混合料的油石比允許誤差應(yīng)控制在-0.1%～+0.3%范圍內(nèi)。拌合時(shí)間應(yīng)能使集料所有顆粒被瀝青膠漿均勻包裹?；旌狭铣鰪S時(shí)應(yīng)顆粒均勻、色澤一致、無(wú)花白料、結(jié)塊或成團(tuán)現(xiàn)象。瀝青混合料拌合及成型溫度范圍詳見(jiàn)表2。

表2 改性瀝青制備及瀝青混合料拌合溫度范圍

4 工程實(shí)施效果

在高崎機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)病害瀝青道面改造工程的施工過(guò)程中，對(duì)批量制備出的高模改性瀝青及AC-20高模改性瀝青混合料進(jìn)行了隨機(jī)取樣，重點(diǎn)針對(duì)瀝青的軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)以及混合料動(dòng)穩(wěn)定度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

高模量改性瀝青及其混合料的其他各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004的規(guī)范要求。使用嵌段比為4：6的星型SBS改性劑來(lái)制備高模量改性瀝青用于瀝青混合料的生產(chǎn)，并在攪拌過(guò)程中添加一定比例抗車轍劑以提高混合料動(dòng)穩(wěn)定度。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 自主研發(fā)高模改性瀝青成本估算

1）原材單價(jià)

A級(jí)AH-70#進(jìn)口殼牌基質(zhì)瀝青單價(jià)為5 600元/噸。

S/B4：6的星型SBS改性劑單價(jià)為21 000元/噸。

2）自主研發(fā)的高模改性瀝青中每噸成本價(jià)格估算：

按每噸成品高模改性瀝青中使用5%SBS改性劑的投量計(jì)算，自主研發(fā)的高模改性瀝青材料價(jià)格為：

95%基質(zhì)瀝青×5 600元/噸+5%特殊嵌段比SBS改性劑×21 000元/噸=6 370元/噸。

其他成本約占產(chǎn)品總成本的20%，即：6 370÷ 80%×20%=1 592.5元/噸。

自主研發(fā)高模改性瀝青每噸成本約為：6 370+1 592.5=7 962.5元/噸。

3）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上成品高模改性瀝青的銷售價(jià)格為9 200元/噸。

因此，每使用一噸自主研發(fā)的高模改性瀝青就能節(jié)省材料成本約1 200元。另外由于自主生產(chǎn)高模改性瀝青，可以根據(jù)施工進(jìn)度的實(shí)際混合料的需求，調(diào)整高模改性瀝青的制備數(shù)量，做到隨用隨制，有效避免了外購(gòu)成品高模瀝青“使用一噸就必須加熱一罐”所帶來(lái)的不必要浪費(fèi),在節(jié)約了間接生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也響應(yīng)了國(guó)家關(guān)于節(jié)能減排的綠色環(huán)保政策。

6 結(jié)語(yǔ)

2013年夏季我國(guó)普遍出現(xiàn)超高溫天氣，全國(guó)多處機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土跑道出現(xiàn)了不同程度的沉陷、車轍、擁包等高溫病害現(xiàn)象。但與2013年初完工的廈門(mén)高崎國(guó)際機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)局部病害瀝青道面改造工程項(xiàng)目卻經(jīng)受住了極端氣溫的考驗(yàn)，改造后的飛行道面未出現(xiàn)任何高溫病害現(xiàn)象，有力保障了廈門(mén)空港航班的正常起降。

綜上所述筆者認(rèn)為：將具有良好抗形變恢復(fù)和優(yōu)異抗車轍能力的高模量改性瀝青混合料，推廣運(yùn)用于機(jī)場(chǎng)跑道、高速公路、城市主干道等重點(diǎn)工程項(xiàng)目,能有效減輕甚至避免高溫車轍病害的產(chǎn)生，在提高瀝青路面中下層結(jié)構(gòu)承載能力的同時(shí)也延長(zhǎng)瀝青混凝土路面的使用壽命，并進(jìn)一步降低了瀝青路面的維修成本，為施工企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

[1]JTG F40—2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTJ 052—2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[J].

[3]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京:人民交通出版社, 1999.