羅 斌,彭文兵

(臺州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司，浙江 臺州 318000)

隨著中國“碳達峰、碳中和”工作的推進，中共中央辦公廳、國務院辦公廳聯(lián)合發(fā)布了《關于推動城鄉(xiāng)建設綠色發(fā)展的意見》，要求轉變“大量建設、大量消耗、大量排放”的建設方式，推動城鄉(xiāng)建設綠色轉型。目前城市道路建設大量采用瀝青混凝土路面結構，傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料雖然拌和、鋪裝簡單易行，但能耗高，施工過程中排放出大量有害氣體，對施工人員和環(huán)境帶來較大危害。USP低溫環(huán)保改性瀝青是由USP低溫改性瀝青與石料、礦粉等材料按一定級配低溫拌和而成的混合料，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料相比，更加低碳、節(jié)能、環(huán)保[1]。

本文研究了USP低溫環(huán)保改性瀝青與熱拌瀝青在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗疲勞等方面的性能差異，結合實際工程應用驗證其路用性能，對USP低溫環(huán)保改性瀝青的推廣應用具有借鑒意義。

1 原材料性能

1.1 瀝青

在道路石油瀝青中添加USP改性劑,可以提高石油瀝青的分子量和塑性流動性,從而改變石油瀝青的路用性能，保證了溫拌施工和易性,又改善了路用性能。本文所用基質瀝青為70號A級道路瀝青，將制得USP低溫改性劑按照基質瀝青質量分數的5%摻入70號瀝青中，攪拌均勻后，再通過高速剪切機在115 ℃下以800 rpm的轉速將USP低溫改性劑和基質瀝青共混物剪切10 min制備得到USP低溫改性瀝青。瀝青基本性能指標檢測結果見表1。

表1 瀝青檢測結果

1.2 礦料

粗集料規(guī)格為5 mm～10 mm玄武巖,細集料產規(guī)格為0 mm～3 mm石灰?guī)r,礦粉為石灰?guī)r磨細礦粉。

2 USP溫拌改性瀝青混合料材料設計研究

2.1 設計參數

根據現行的《道路低溫瀝青路面施工技術規(guī)程》及《城鎮(zhèn)道路路面設計規(guī)范》，根據本次結合的項目特性，瀝青溫度分區(qū)1～4，交通等級為輕交通，溫拌及熱拌瀝青混合料要求見表2[2-3]。

表2 溫拌瀝青及熱拌瀝青混合料設計參數

2.2 配合比設計

依據目標配合比設計級配，試驗室進行生產配合比設計，采用基質瀝青和USP改性后的瀝青兩種，通過室內試驗檢驗其性能變化。配合比設計采用馬歇爾設計方法，通過不同油石比進行馬歇爾試件成型，檢測其體積性能和穩(wěn)定度，確定最佳配合比。生產配合比的合成級配見表3。

表3 各級配曲線合成級配計算

2.3 最佳油石比確定

最佳油石比下的馬歇爾試驗結果如表4所示。

表4 生產配合比馬歇爾試驗數據

根據以上擊實結果,按照最緊密狀態(tài)計算混合料最緊密狀態(tài)油石比及對應的體積參數,最終確定70號瀝青最佳油石比(質量比)為5.0%，USP低溫改性瀝青最佳油石比(質量比)為4.5%。因為USP改性瀝青具有更好的低溫工作性能，因此其油石比相較熱拌瀝青會降低。

2.4 路用性能

在最佳油石比條件下開展路用性能驗證，結果見表5～表7。由表5～表7可知,路用性能均滿足相關設計要求。

表5 浸水馬歇爾試驗(48 h)殘留穩(wěn)定度

根據文獻[2]要求浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度不小于80%，根據實驗結果USP改性瀝青滿足要求，7 d后殘留穩(wěn)定度進一步提升。

表6 凍融劈裂試驗

根據文獻[2]要求凍融劈裂實驗的殘留強度比不小于75%，根據實驗結果USP改性瀝青滿足要求，7 d后劈裂強度比進一步提升。

表7 高溫穩(wěn)定性

根據文獻[3]中表5.2.2-3中要求動穩(wěn)定度不小于1 500次/mm，普通70號瀝青不符合要求，需加入改性劑，USP改性瀝青均符合要求。

通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂強度比試驗，可以看出USP改性瀝青混合料在水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性方面能夠滿足規(guī)范的相關要求，同時也可以看到對USP混合料試件養(yǎng)生后其性能有明顯提高，說明USP改性瀝青其性能恢復，并且改性劑中的樹脂對整體性能具有改性作用[4]。

3 USP低溫改性瀝青在城市道路中的應用

某市政道路采用瀝青混凝土路面，面層采用USPM-13，確定了本工程USP低溫改性瀝青混合料最佳油石比為4.5%?，F場攤鋪溫度112 ℃，并對路用性能進行了跟蹤檢測,見表8。

表8 USP低溫改性瀝青混合料檢測結果

由表8可知,本工程設計和選用的USPM-13瀝青混合料具有良好的路用性能和使用效果，主要原因是由于USP油溶性表面活性劑的存在，使得瀝青分子在常溫下形成樹脂斷鏈的膠團結構，增加了流動液態(tài)凝膠，增大了塑性流動性，降低黏度，實現溫拌，隨著改性劑與瀝青的化學反應，借助陽光、溫度、氧氣的作用，瀝青分子與樹脂類物質一起，開始發(fā)生結鏈反應，又能重新接鏈，逐漸地從短樹脂轉變成高分子樹脂，極大地增加了黏度，恢復或改善了瀝青的技術性能，因此混合料性能隨著時間的推移而提高。

與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料(HMA)相比，USP低溫改性瀝青可以降低油石比，節(jié)約成本。根據本次項目使用結果評定，本工程所采用的USP低溫改性瀝青比傳統(tǒng)SBS改性瀝青用量節(jié)約10%。

USP低溫改性瀝青能夠有效降低拌合溫度。USPM拌合溫度為120 ℃±10 ℃，相對于HMA來說降低了30 ℃～50 ℃。故降低了熱量消耗與能源使用，根據本次項目使用結果評定，每噸混合料天然氣用量可節(jié)約40%。

通過對HMA與USPM的檢測對比(如表9所示)，可知USP改性瀝青更加低碳環(huán)保，主要污染氣體排放量明顯減少。

表9 煙塵煙氣檢測結果

根據估計，本項目共計節(jié)約燃料費用50%以上，綜合計算，采用USP改性瀝青可降低碳排放90%以上，具有良好的經濟與社會效益。

4 結語

1)USP低溫改性瀝青混合料不僅能夠節(jié)約能源和保護環(huán)境,還能減少對施工人員的危害，成本也比傳統(tǒng)熱拌瀝青低。

2)其路用性能能夠完全滿足現行城市道路的相關規(guī)范要求，可以用作城市道路施工，同時其性能還隨著使用時間的延長更進一步提升。

3)推廣USP低溫改性瀝青混合料符合現在城市道路建設中的“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的綠色發(fā)展理念，其在未來路面施工中的應用前景非常廣闊，值得在城市道路建設中推廣。