宋家楠

（遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護有限公司，遼寧 沈陽 110021）

灌注式半柔性路面,是在空隙率范圍為20%～30%之間的開級配基體瀝青混合料中灌注以水泥基漿液而形成的路面［1］，兼具水泥混凝土路面剛性和瀝青混凝土路面柔性的 “剛?cè)岵?的特性。隨著建筑技術(shù)的不斷進步，業(yè)界對灌注式半柔性路面的性能提出更高要求。廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的覃峰通過增加半柔性路面基體瀝青混合料中的瀝青用量來提高半柔性路面的防腐性能［2］。廣西科技大學(xué)黎振民等學(xué)者在水泥基漿料中摻入橡膠顆粒代替部分骨料來提升半柔性路面的抗病害能力［3］。

由于灌注式半柔性路面的特殊結(jié)構(gòu)形式，增加基體瀝青混合料瀝青用量容易減小空隙率，進而導(dǎo)致水泥漿料不能充分填充到瀝青混合料中。用橡膠粉改性水泥漿料，橡膠顆粒不溶于水性漿液中，在灌漿施工時橡膠顆粒會堵塞細(xì)小空隙并導(dǎo)致漿料填充率下降。為解決上述問題，本文介紹一種瀝青基再分散改性劑，它是以聚合物乳液和瀝青為主要原材料，經(jīng)特殊工藝加工制成的可在水中再分散的粉末，其改性機理是：改性劑加入水泥漿液后，通過水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使改性劑破乳成膜，因為瀝青本身有優(yōu)異的防水性、抗酸堿性、黏結(jié)性和柔韌性，因此水泥基漿料中形成連續(xù)的瀝青膜后，其防腐蝕、抗?jié)B水性能會得到大幅提升。又由于高分子聚合物的存在，水泥基漿料的抗裂性能也顯著提升。

1 原材料

水泥基灌漿材料選用遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護有限公司生產(chǎn)的ND-1 型灌漿料；普通橡膠粉為山東新旺橡膠有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為40 目；砂漿改性劑選用遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護有限公司生產(chǎn)的LQS-1 型瀝青基再分散改性劑。試驗用橡膠膠粉和瀝青基改性劑見圖1 展示。

圖1 40 目橡膠粉與瀝青基改性劑

2 漿液制備與試驗

2.1 漿液制備

將橡膠粉或改性劑按一定比例添加到ND-1型砂漿中，按 《水泥基灌漿料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448-2015） 中的方法制備成漿液，各樣品具體摻配比例見表1。

表1 灌漿料試樣配合比

2.2 漿液基本性能

參照中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布的 《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》［4］，對各漿液樣品進行技術(shù)性能檢測，結(jié)果見表2。

表2 灌漿材料指標(biāo)要求及檢測結(jié)果

2.3 漿液抗氯離子滲透試驗

灌漿用的水泥基漿液是半柔性路面的重要組成部分，它抗?jié)B抗鹽蝕性能的高低直接影響半柔性路面的耐久性能。為檢驗普通灌漿液添加瀝青基再分散改性劑前后抗氯鹽腐蝕性能的變化，依據(jù) 《聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程》 DL/T 5126—2001 要求進行試驗，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 灌漿料氯離子滲透試驗

試樣邊緣白色為氯離子滲透深度，從試驗結(jié)果照片可以看出，摻入瀝青基再分散改性劑的砂漿，氯離子滲透深度遠(yuǎn)小于空白對比試樣和摻入橡膠顆粒的試樣。這是因為瀝青基改性劑可以均勻分散在漿液體系中，并在水泥漿液中形成小分子連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種致密分子膜有效減小了水、氯鹽等大分子物質(zhì)的滲透，因此提升了砂漿的防水抗鹽蝕性能。

3 基體瀝青混合料及配合比

選用石灰?guī)r作為灌入式半柔性路面基體瀝青混合料用礦料，礦料產(chǎn)地為遼陽小屯。所用粗、細(xì)集料及填料技術(shù)指標(biāo)均符合 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG F40-2004） 中的要求。

基體瀝青混合料用瀝青膠結(jié)料選用SBS-IC 型改性瀝青，產(chǎn)地為遼寧蘇家屯，改性瀝青技術(shù)指標(biāo)參照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 （JTG E20-2011） 的規(guī)定進行試驗，檢測結(jié)果見表3。

基體瀝青混合料按中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布的 《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》［4］中混合料配合比設(shè)計過程設(shè)計，混合料礦料級配類型為SFAC-16 型，混合料礦料級配的各篩孔通過率見表4，混合料油石比為4.0%，目標(biāo)空隙率設(shè)計為20%，設(shè)計完成后制拌成型，并按 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 （JTG E20-2011） 的規(guī)定方法進行試驗，基體瀝青混合料技術(shù)性能指標(biāo)見表5。

表3 SBS 改性瀝青技術(shù)性能

表4 基體瀝青混合料各篩孔通過率

表5 基體瀝青混合料技術(shù)性能

4 灌注式半柔性路面路用性能試驗

4.1 試件成型

將四個灌漿料樣品制備成漿液，并分別灌注到基體瀝青混合料中，灌注式半柔性路面材料按照制件、灌漿與振實、刮漿、養(yǎng)生四步驟進行制備，成型的四組半柔性路面混合料樣品編號與灌漿料編號相同。

制件是指按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 （JTG E20-2011） 中規(guī)定方法制作基體瀝青混合料的馬歇爾和車轍試件；灌漿與振實是通過混凝土振實臺將各灌漿料樣品灌注到馬歇爾和車轍試件中，邊振動邊澆漿，振動時間應(yīng)在4-5min；刮漿是在停止振動后，將試件表面多余漿液刮除，刮除標(biāo)準(zhǔn)為瀝青混合料剛漏出表面集料構(gòu)造為佳；以上步驟完成后，將試件置于室溫下養(yǎng)護48h，漿料終凝后拆模待用。圖3 為灌漿料漿液在振實臺上灌漿振實和養(yǎng)生后狀態(tài)。

圖3 漿料灌漿振實與養(yǎng)生

4.2 高溫性能試驗

瀝青混合料的高溫性能通常用動穩(wěn)定度來表征，混合料動穩(wěn)定度數(shù)值越大說明其高溫抗變形能力越好。本研究動穩(wěn)定試驗按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 （JTG E20-2011） 中規(guī)定方法進行。

①試驗結(jié)果

各灌漿料試樣灌漿后車轍結(jié)果分布情況見圖4。

圖4 不同灌漿料制備的混合料車轍試驗結(jié)果

②試驗結(jié)果分析

從試驗結(jié)果可知，所有混合料樣品的動穩(wěn)定度指標(biāo)都符合 《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》［3］中規(guī)定的技術(shù)要求，添加膠粉和添加瀝青基改性劑的車轍結(jié)果比無添加空白混合料車轍要小。膠粉顆粒本身就是高粘聚合物屬于彈性體，瀝青基改性劑是由高分子聚合物乳液制成，而聚合物乳液同屬于彈性體，因此2#、3#、4#混合料摻入彈性體聚合物降低了水泥砂漿的剛性，因此動穩(wěn)定度試驗數(shù)據(jù)比空白樣品低，由于摻量不多，混合料依然保持有較高的高溫抗車轍性能。

4.3 低溫抗裂性能試驗

瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果是綜合評價混合料低溫抗裂性能的重要指標(biāo)。本研究試驗溫度采用-10℃，試驗依據(jù)JTG E 20-2011 中 T0715-2011 所述方法進行,試驗用試件由灌漿后車轍成型件切割而成，試驗過程及試件見圖5。

圖5 不同灌漿料制備的混合料的低溫彎曲試驗

①試驗結(jié)果

不同灌注式半柔性路面混合料樣品低溫彎曲試驗件結(jié)果見表6，不同樣品摻量與抗彎拉強度、破壞最大彎拉應(yīng)變關(guān)系見圖6。

表6 灌注式半柔性路面混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

圖6 混合料低溫試驗結(jié)果趨勢圖

從表6 和圖6 中可以看出，漿料中添加橡膠顆粒和瀝青基改性劑后，灌注的混合料低溫抗彎拉強度比空白試樣抗拉彎強度比較都有降低，而破壞最大彎拉應(yīng)變數(shù)值比對比空白試樣都大幅度提高?；旌狭系蜏仄茐淖畲髲澙瓚?yīng)變值與其低溫抗裂性能成正比，由于橡膠顆粒和瀝青基改性劑本身是彈性體高分子聚合物，水泥基灌漿料中摻入高彈性聚合物起到降低其剛性的作用，使水泥基材料抗裂性能提升。又由于橡膠顆粒和瀝青基添加劑的摻量適量，因此彈性高分子材料的添加并沒有對 “剛?cè)峒鏉?的灌注式半柔性混合料的“剛性” 造成影響，反而使 “剛” 和 “柔” 更均衡。從試驗結(jié)果還可以看出，瀝青基改性劑提高水泥基灌漿料的抗裂能力接近橡膠顆粒，且隨著摻量的增加這種能力也隨之增加。

4.4 水穩(wěn)定性能試驗

現(xiàn)行規(guī)范 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004） 規(guī)定采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性，基體瀝青混合料馬歇爾試件灌注不同漿液成型，成型后試件見圖7，灌注各種漿料的馬歇爾試塊按JTG E 20-2011 中T0715-2011 的規(guī)定方法實施試驗，灌漿試驗結(jié)果見表7。

圖7 灌注式半柔性路面混合料馬歇爾試塊

表7 灌注式半柔性路面混合料水穩(wěn)定性檢測結(jié)果

從表7 數(shù)據(jù)可知，漿料中摻入瀝青基改性劑的3# 和4# 樣品的水穩(wěn)定性能最好，漿料中摻入橡膠粉的2# 樣品的水穩(wěn)定性能最差。這是因為橡膠粉顆粒保持其物理形態(tài)存在于漿液中，在灌漿過程中容易堵塞基體瀝青混合料的空隙，造成混合料灌漿不飽滿并留有許多空隙，水會通過這些空隙流入混合料中并導(dǎo)致其抗水侵害能力下降。而瀝青基聚合物改性劑是可再分散于水中的，在灌注時并不會阻塞空隙，因此瀝青基改性劑的添加不會降低半柔性路面的水穩(wěn)定性能。又由于瀝青基聚合物改性劑彈性體的結(jié)構(gòu)性能，使混合料除了沿襲了水泥基材料的耐水損害性能，同時也可以消減路面所受的各種應(yīng)力，因此其凍融劈裂殘留強度值最高。綜合來看，添加瀝青基聚合物改性劑的混合料水穩(wěn)定性能優(yōu)于1# 空白樣品和2#加橡膠粉樣品。

5 結(jié)語

（1） 瀝青基再分散改性劑添加到灌注式半柔性路面的水泥基漿液中，不影響漿液流動度、強度指標(biāo)。

（2） 瀝青基再分散改性劑應(yīng)用于灌注式半柔性路面，可以提高半柔性路面的抗鹽蝕性能、低溫抗裂性能和抗水損壞性能，并同時保證路面較高的抗車轍性能。

（3） 考慮工程造價，瀝青基再分散改性劑在漿液中的摻量不易高于6%。

（4） 瀝青基再分散改性劑不僅可以應(yīng)用在灌注式半柔性路面，也可以應(yīng)用在有抗裂、抗鹽蝕損害需求的各類水泥基材料中。