黃 沖，洪錦祥，鄧 成，張德育，熊子佳

(1.江蘇省建筑科學研究院有限公司高性能土木工程材料國家重點實驗室,南京 210008; 2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 211103)

MA103改性瀝青混合料在舊水泥混凝土路面加鋪中的綜合性能研究

黃 沖1,2，洪錦祥1,2，鄧 成1,2，張德育1,2，熊子佳1,2

(1.江蘇省建筑科學研究院有限公司高性能土木工程材料國家重點實驗室,南京 210008; 2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 211103)

采用MA103瀝青增強改性劑制備出改性AC-13瀝青混合料，并成型組合式試件，通過車轍試驗、疲勞試驗對MA103改性AC-13瀝青混合料的路用性能進行評價，與傳統(tǒng)的幾種瀝青加鋪層進行了路用性能和經(jīng)濟性對比分析，并通過泰興市舊水泥混凝土路面加鋪改造工程對MA103改性AC-13瀝青混合料用于瀝青加鋪層的可行性進行了驗證。結(jié)果表明：MA103改性AC-13瀝青混合料較傳統(tǒng)的瀝青加鋪層具有優(yōu)異的抗車轍性能、疲勞性能和經(jīng)濟性，用于舊水泥混凝土路面加鋪層材料是完全可行的。

舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層; 瀝青增強改性劑; 路用性能; 經(jīng)濟性

舊水泥混凝土瀝青加鋪路面是指在原水泥混凝土路面經(jīng)過病害處理后，在其上加鋪瀝青混凝土形成的復合式路面，即工程中所謂的“白加黑”路面。目前“白加黑”路面逐步在各省市推廣開來。由于橡膠瀝青應力吸收層具有應力吸收、阻裂等優(yōu)點，目前將其作為粘結(jié)層應用于“白加黑”路面較為普遍[1,2]。采用橡膠瀝青應力吸收層后，瀝青加鋪層材料往往選擇SMA-13或橡膠瀝青混合料AR-AC-13。但SMA-13與橡膠瀝青混合料AR-AC-13的造價太高，且抗剪性能不足[3,4]。另外，瀝青加鋪層厚度約6～10 cm，勢必會增加路面的標高，而在某些路段如此高的標高難以被接受。因此，開發(fā)價格低廉且具有優(yōu)異的抗剪性能、疲勞性能和高彈高韌性的瀝青加鋪層材料是解決目前瀝青加鋪層厚度較大以及因疲勞性能不滿足要求而產(chǎn)生脫粘、開裂等問題的一個途徑。

瀝青增強改性劑是一種融合高粘度瀝青改性劑與抗車轍劑優(yōu)點的新型瀝青改性劑，能夠大幅度提高瀝青混合料的低溫抗裂性能與疲勞性能，是目前用來解決路面水損害、車轍、低溫開裂、疲勞開裂等現(xiàn)象，延長路面服役壽命的新材料。文中采用江蘇博特新材料有限公司研制的瀝青增強改性劑MA103制備出改性AC-13瀝青混合料，并成型組合式試件。通過車轍試驗與疲勞試驗對組合式試件的高溫抗車轍性能與疲勞性能進行了評價，與傳統(tǒng)瀝青加鋪層進行了路用性能和經(jīng)濟性對比分析，并結(jié)合泰興市曾濤路等9條道路“白加黑”路面改造工程，驗證了瀝青增強改性劑MA103用于“白加黑”路面瀝青加鋪層的可行性，為此類其它工程提供借鑒。

1 試 驗

1.1 原材料

本試驗中瀝青采用泰州70#瀝青，其性能指標如表1所示。礦料采用江蘇句容玄武巖，機制砂與礦粉均采用石灰?guī)r，所用礦料的各項指標均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》的要求。改性劑采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的潤強MA103瀝青增強改性劑，MA103是由一種熱塑性熱彈性乙烯基異分子聚合物EBA(主體成分)與

表1 泰州70#基質(zhì)瀝青的性能指標

普通熱彈性體、硬質(zhì)瀝青、輔助劑經(jīng)過高速混合、擠出、造粒而成的，其基本性能指標如表2所示，MA103改性瀝青的性能指標如表3所示。

表2 瀝青增強改性劑的性能指標

表3 MA103改性瀝青的性能指標

從表3中可以看出，MA103瀝青增強改性劑能夠大幅度改善瀝青的高溫性能、低溫性能和粘韌性能，但粘度增加幅度不大。MA103改性瀝青整體性能與日本高粘度改性瀝青的性能較為接近，MA103改性瀝青的軟化點略大于日本高粘度改性瀝青，達到98.5 ℃。MA103改性瀝青135 ℃粘度低于日本高粘度改性瀝青，因此施工時瀝青混合料碾壓容易、能耗較低。

1.2 試驗方案

1.2.1 MA103改性瀝青混合料制備

MA103改性瀝青混合料采用AC-13C型級配，如表4所示。

表4 AC-13C瀝青混合料級配

將礦料(除礦粉外)在175 ℃烘箱中保溫4 h后加入170 ℃的拌鍋中，同時加入MA103瀝青增強改性劑干拌120 s，其中MA103瀝青增強改性劑的摻量為0.3%(占礦料的比例)，然后加入基質(zhì)瀝青繼續(xù)攪拌120 s，最后加入礦粉(無需加熱)攪拌120 s出鍋成型試件。

1.2.2 全厚式車轍試件成型

試件結(jié)構(gòu)組合形式為:4 cm水泥混凝土+1cm橡膠瀝青應力吸收層+5 cmMA10改性AC-13瀝青混合料(如圖1所示)。參考相關文獻[5]的研究成果，用加高的車轍試件模具成型與原水泥混凝土路面材料接近的C40混凝土試件，進行標準養(yǎng)護7 d，然后對其表面進行打磨粗糙化處理，并將混凝土試件放入60 ℃烘箱內(nèi)加熱2 h，灑鋪橡膠瀝青材料，然后立即在10 s內(nèi)灑鋪9.5～13.2 mm單一粒徑碎石層，通過碾壓設備進行碾壓，待橡膠瀝青完全冷卻或碎石完全固化后，加鋪上面層MA103改性AC-13瀝青加鋪層材料。

1.2.3 試驗過程

分別采用車轍試驗和疲勞試驗對全厚式車轍試件的抗車轍性能和疲勞性能進行評價。進行車轍試驗時，將全厚式車轍試件在常溫下放置時間不低于48 h，然后進行全厚式車轍試驗。試驗方法與JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中T 0719—2011瀝青混合料車轍試驗的試驗方法相同[6]。進行疲勞試驗時，首先在水泥混凝土層中央設置寬度為2 mm的貫穿裂縫，然后將試件切割成300 mm×50 mm ×100 mm尺寸的復合梁。采用萬能試驗機(UTM)進行疲勞試驗，荷載模式為瀝青混凝土加鋪層頂部沿寬度方向的圓柱形荷載。試驗時首先測定作用于復合梁中部的極限破壞荷載，然后利用極限破壞應力的0.4倍作為最大破壞荷載，應力比為0.1。試件溫度為(15士1)℃，加載波形為半正弦波，加載頻率為10 Hz。加載方式如圖2所示。

2 試驗結(jié)果與分析

為了更好地分析潤強MA103瀝青增強改性劑的作用效果，文中還進行了SBS改性AC-13、SMA-13、AR-AC-13、抗車轍劑改性AC-13四種較為常見的瀝青加鋪層作為對比。從抗車轍性能、疲勞壽命和經(jīng)濟性方面進行了對比分析。

2.1 抗車轍性能

采用動穩(wěn)定度以及碾壓2 h的車轍深度來評價全厚式車轍試件的高溫抗車轍性能。車轍試驗結(jié)果如表5所示。

從表5中可看出，采用MA103改性AC-13瀝青混合料作為“白加黑”路面的瀝青加鋪層材料時，體系的動穩(wěn)定度最高，達到7 200次/mm，2 h的車轍深度僅為1.16 mm，表明MA103具有最優(yōu)異的高溫抗車轍性能。而其它幾種瀝青加鋪層材料中， SMA-13的抗車轍性能稍差，AR-AC-13的抗車轍性能最差，但仍滿足規(guī)范中改性瀝青混合料動穩(wěn)定度大于2 800次/mm的技術要求。

表5 車轍試驗結(jié)果

2.2 疲勞壽命

疲勞實驗對試件裂縫中部進行加載，通過觀察加鋪層結(jié)構(gòu)受到疲勞作用的加鋪層材料以及應力吸收材料發(fā)生的初裂、擴展到不同部位及終裂時的荷載作用次數(shù)，以此評價疲勞性能。

試驗中首先測試各種瀝青加鋪層材料組合式試件的破壞荷載與極限破壞強度，由于材料強度相差過大，因此在同應力比下進行疲勞試驗時加載應力相差過大，將此時測得的疲勞壽命進行對比意義不大。因此，文中采用了幾種組合式結(jié)構(gòu)的極限破壞強度的平均值作為試驗測試值，取其0.4倍作為荷載強度。彎拉疲勞壽命試驗結(jié)果如表6所示。表6中初裂指出現(xiàn)肉眼可見的裂縫時的狀態(tài)，1 cm是指裂縫深度達到1 cm，即橡膠瀝青應力吸收層材料完全斷裂時的狀態(tài)。2 cm是指裂縫深度達到2 cm，即橡膠瀝青應力吸收層材料完全斷裂并且瀝青加鋪層材料出現(xiàn)1 cm深的裂縫時的狀態(tài)，終裂是指組合式試件完全斷裂時的狀態(tài)。

表6 彎拉疲勞壽命試驗結(jié)果

結(jié)合試驗現(xiàn)象以及表6結(jié)果可知，采用MA103改性AC-13作為瀝青加鋪層材料時，當荷載作用12 000次時發(fā)生初裂紋，28 000次后橡膠瀝青應力吸收層才完全斷裂，表明MA103改性AC-13瀝青混合料加鋪層能夠保護橡膠瀝青應力吸收層，使整體路面結(jié)構(gòu)具有良好的抗基層反射裂縫性能。采用SMA-13作為瀝青加鋪層材料時，初裂次數(shù)為14 000次，雖高于MA103改性AC-13瀝青混合料，但終裂次數(shù)低于MA103改性AC-13瀝青混合料，表明MA103改性AC-13瀝青混合料的韌性優(yōu)于SMA-13瀝青混合料。而AR-AC-13瀝青混合料作為瀝青加鋪層材料時，初裂次數(shù)與終裂次數(shù)均不如MA103改性AC-13瀝青混合料，可能與AC-AC-13瀝青混合料的強度偏低、加載時應力比較大有關系。

為了更好地分析瀝青加鋪層的抗疲勞性能，采用從瀝青加鋪層材料斷裂開始到完全破壞時的加載次數(shù)作為疲勞壽命，即裂縫深度為1 cm到完全斷裂時的疲勞壽命。MA103改性AC-13瀝青混合料為10 000次，SMA-13 和AR-AC-13瀝青混合料分別為6 000次、6 040次。由此可知，MA103改性AC-13瀝青混合料的疲勞性能最優(yōu)。因此，MA103改性AC-13瀝青鋪裝層材料不僅可以消除應力集中現(xiàn)象，防止并延緩加鋪層反射裂縫產(chǎn)生，且自身具有優(yōu)良的抵抗疲勞破壞的能力。

2.3 經(jīng)濟性分析

為了便于進行經(jīng)濟性對比分析，僅對比了瀝青加鋪層材料(厚度均為5 cm)的造價，幾種瀝青加鋪層材料的造價如表7所示。

從表7中可看出，MA103改性AC-13瀝青混合料比SMA-13 和AR-AC-13瀝青混合料要便宜20%左右，厚度為5 cm時造價僅為63.8元/m2。

表7 幾種鋪裝層材料經(jīng)濟性分析

3 工程應用

泰興市新區(qū)9條水泥混凝土路面需要進行“白加黑”罩面改造，具體的9條市政道路為曾濤路、國慶東路、鼓樓東路、貽芳路、市府西路、文江路、東潤路、濟川南路、潤泰路，總鋪裝面積達36萬m2。這些水泥混凝土路面大多建于2000年，經(jīng)過十年來的運營使用，水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度的底板脫空、斷板、錯臺、裂縫等路面病害，使用性能大為降低。此9條市政道路是泰興市新區(qū)的主要干道，同時存在交叉口眾多，大型企業(yè)、住宅區(qū)、商鋪網(wǎng)點多等特點，客觀條件不允許在原有的水泥混凝土路面上加鋪厚度超過10 cm，在加鋪厚度受到限制的條件下如何延緩反射裂縫的產(chǎn)生是工程技術人員必須考慮的問題。

通過路用性能、經(jīng)濟性等多方面、全方位的技術比對，此工程最終采用“1 cm橡膠瀝青應力吸收層+5 cm MA103改性AC-13C”的技術方案。整個工程經(jīng)過1個月的施工后于2012年8月上旬完成，現(xiàn)場施工測得平整度為1.1 mm，壓實度為96.6%，滲水率為150 mL/min，滿足CJJ1—2008《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求。從鉆芯效果來看，整個路面經(jīng)過近2年半的使用后無反射裂縫出現(xiàn)，效果良好，但長期效果還有待檢驗。

4 結(jié) 論

a.MA103瀝青增強改性劑能夠大幅度改善瀝青的高溫性能、低溫性能、粘韌性能，整體性能接近日本高粘度改性瀝青，但高溫粘度明顯小于日本高粘度改性瀝青，施工更加容易。

b.全厚組合式車轍試驗表明，MA103改性AC-13瀝青混合料加鋪層材料具有優(yōu)異的抗車轍性能，整體車轍試件動穩(wěn)定度達到7 200次/mm。

c.全厚組合式彎拉疲勞試驗表明，MA103改性AC-13瀝青混合料加鋪層材料具有優(yōu)異的阻裂延緩裂縫擴展的功能和保護橡膠瀝青應力吸收層的功能，其疲勞性能優(yōu)于SMA-13與AR-AC-13兩種瀝青混合料加鋪層材料。

d.泰興曾濤路等9條“白加黑”罩面改造工程實踐表明，MA103改性AC-13瀝青混合料與橡膠瀝青應力吸收層一起用于“白加黑”路面中加鋪厚度小，路用性能良好，具有較好的經(jīng)濟效益。

[1] 廖衛(wèi)東.基于應力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)與材料研究[D].武漢:武漢理工大學，2007.

[2] 周磊生.橡膠瀝青透水應力吸收層力學特性與路面結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化研究[D].山東:山東大學，2007.

[3] 韓 冰,廖述清.白加黑路面罩面改造設計要點[J].公路與汽運，2012(3)：154-156.

[4] 盧擁軍.橡膠瀝青路面在舊水泥混凝土路面改造設計中的應用[J].石油瀝青, 2011, 25(5):52-57.

[5] 李 潛.基于防水粘結(jié)應力吸收的橋面鋪裝技術研究[D].武漢:武漢理工大學，2010.

[6] 交通運輸部公路科學研究院.JTG E20—2011.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S]，2011.

[7] 鄭求才, 袁迎捷, 鄭競友,等.不同高粘瀝青對排水路面性能的影響研究[J].中外公路, 2008, 28(3):144-147.

Research on Comprehensive Performance of MA103 Modified Asphalt Mixture in Old Concrete Pavement Overlaying

(HUANG Chong1，2，HONG Jin-xiang1，2，DENG Cheng1，2，ZHANG De-yu1，2，XIONG Zi-jia1，2

(1.State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering Materials, Jiangsu Research Institute of Building Science Co, Ltd, Nanjing 210008, China; 2.Jiangsu Sobute New Materials Co, Ltd, Nanjing 211103, China)

The modified AC-13 asphalt mixtures were prepared with enhanced modifier MA103, and then the combined specimens were molded.The pavement performance of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures was evaluated by rutting test and fatigue test, and the pavement performance and economy of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures was compared with several traditional asphalt mixture overlays.The feasibility of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures were verified though old concrete pavement overlaying projects in the city of Taixing.It is found that MA103 modified AC-13 asphalt mixtures have superb anti-rutting performance, fatigue performance and economy.It is completely feasible for MA103 modified AC-13 asphalt mixtures to be used in old concrete pavement overlaying.

asphalt mixture overlay on old concrete pavement; enhanced asphalt modifier; pavement performance; economy

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.004

2015-01-28.

江蘇省建設廳科學計劃項目(JS2011JH26，JS2012JH13).

黃 沖(1985-),碩士,工程師.E-mail:huangchong@cnjsjk.cn