谷秀麗

（張家口翰得交通公路勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000）

0 引言

近年來，我國部分高速公路路面損壞比較嚴(yán)重，除了施工、設(shè)計(jì)等方面的原因，超載也是導(dǎo)致瀝青路面損壞的原因之一。長此以往，在環(huán)境及車載因素的共同作用下，路面將出現(xiàn)裂縫、沉陷等病害，影響車輛的通行安全與舒適度[1]。SBS 改性瀝青在路用性能上能彌補(bǔ)傳統(tǒng)瀝青混凝土的劣勢(shì)，不僅可以提高瀝青路面的抗車轍及抗老化能力，還可以提高路面的穩(wěn)定性和安全性，延長道路的使用年限。

1 工程概況

某高速公路全長120km，設(shè)計(jì)車速為100km/h，起點(diǎn)樁號(hào)為K1100+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K1220+000，路基寬32m，路基平均填高43m。對(duì)此段道路進(jìn)行水文地質(zhì)探測(cè)，結(jié)果顯示當(dāng)?shù)卦陆涤炅枯^大，日交通量較大，日照時(shí)間長，導(dǎo)致瀝青路面溫度較高。因此，按照規(guī)范要求并結(jié)合實(shí)際情況，決定上面層采用SBS改性瀝青混凝土，中面層采用6cm 的SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土，下面層采用瀝青穩(wěn)定碎石，基層使用20cm 的水泥穩(wěn)定碎石，并優(yōu)選建筑材料，保證施工質(zhì)量。路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)方案如表1所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)方案

2 制備SBS改性瀝青混合料

2.1 原材料性能指標(biāo)檢測(cè)

（1）瀝青

對(duì)使用的90#A 石油瀝青進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果均符合施工要求。瀝青性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 瀝青性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

（2）集料

所用的粗集料為工廠加工的碎石，細(xì)集料就地取材。對(duì)粗細(xì)集料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。

表3 粗細(xì)集料的技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果

（3）改性劑

SBS 改性劑可以有效增強(qiáng)基質(zhì)瀝青的耐久性和高溫穩(wěn)定性，故采用某公司生產(chǎn)的線形SBS改性劑，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)其基本性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4示。

表4 線形SBS改性劑性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2.2 礦料配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范要求，本文采用級(jí)配A、級(jí)配B、級(jí)配C 三組不同級(jí)配，使用粗細(xì)集料占比不同的同種級(jí)配制備混合料，進(jìn)行SMA-10 混合料配合比設(shè)計(jì)并驗(yàn)證。合成級(jí)配如表5和圖1所示。

表5 SMA-10礦料設(shè)計(jì)級(jí)配

圖1 SMA-10礦料級(jí)配曲線

由圖1 可知，配合比A、配合比B、配合比C 中粗集料的占比依次增大，且這三種級(jí)配曲線均在級(jí)配上限與級(jí)配下限之間，但是級(jí)配A過于接近級(jí)配下限，級(jí)配C 接近級(jí)配上限，級(jí)配B 更趨近于級(jí)配中值。經(jīng)綜合考慮，選用級(jí)配B作為設(shè)計(jì)級(jí)配。

2.3 最佳油石比的確定

確定最佳油石比是SBS改性瀝青混合料制備過程中最重要的一道工序。油石比過大會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料中瀝青含量過大，多余的瀝青會(huì)從集料中流出，導(dǎo)致路面泛油，高溫時(shí)瀝青路面會(huì)出現(xiàn)車轍等病害；油石比過小時(shí)，瀝青混合料中瀝青含量過小，瀝青與集料黏附性不足，當(dāng)車輛在瀝青路面行駛時(shí)，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)裂縫等病害。因此，需要確定溫拌瀝青混合料的最佳油石比，以保證路用性能滿足要求[2]。

本文在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用不同油石比，以0.4%為間隔，設(shè)計(jì)了4.5%,5%,5.5%三組油石比，采用級(jí)配B，在室內(nèi)制備直徑為101.5mm、高度為63.5mm 的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，并通過試驗(yàn)測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度以及穩(wěn)定度等指標(biāo)。根據(jù)力學(xué)指標(biāo)和體積指標(biāo)確定最佳油石比。SMA-10 混合料馬歇爾試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表6所示，油石比與六組指標(biāo)的關(guān)系如圖2所示。

表6 SMA-10 混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由圖2 可知，當(dāng)SBS 改性瀝青混合料的油石比從4.5%增加到5.5%時(shí)，試件的毛體積相對(duì)密度從2.469緩慢上升到2.510，試件的最大理論相對(duì)密度從2.584小幅度上升到2.592再小幅度下降到2.589，試件穩(wěn)定度從11.24kN 先增加到12.82kN 達(dá)到峰值后再減小到11.26kN。

對(duì)SBS改性瀝青混合料的油石比與試件空隙率進(jìn)行分析，得到其線性關(guān)系式為：y=-1.1x+5.8333, R2 =0.9891。試件空隙率隨著油石比增大而下降，當(dāng)混合料油石比為5.5%時(shí)，實(shí)測(cè)試件空隙率為2.6%。而《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求馬歇爾試件空隙率在3%～4.5%范圍內(nèi)，此時(shí)試件不滿足規(guī)范要求。

對(duì)SBS改性瀝青混合料油石比與試件礦料間隙率進(jìn)行分析，得到其線性關(guān)系式為：y=-1.7x+21.267, R2 =0.9988。試件礦料間隙率隨油石比增大而下降，當(dāng)混合料油石比為5.5%時(shí)，實(shí)測(cè)試件的礦料間隙率為16.0%。而《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求馬歇爾試件的礦料間隙率應(yīng)大于等于17%，此時(shí)試件不滿足規(guī)范要求。

圖2 混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)SBS改性瀝青混合料的油石比與瀝青飽和度進(jìn)行分析，得到其線性關(guān)系式為：y=3.75x+0.367, R2 =0.9971。瀝青飽和度隨著油石比增大而線性上升，當(dāng)混合料油石比為4.5%時(shí)，實(shí)測(cè)瀝青飽和度為74.2%。而《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求馬歇爾試件的瀝青飽和度在75%～85%，此時(shí)試件不滿足規(guī)范要求[3]。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合規(guī)范要求及工程經(jīng)驗(yàn)，確定最佳油石比為5.0%。在這一最佳油石比下，毛體積密度為2.487g/cm3，最大理論密度為2.593g/cm3，空隙率為3.4%，礦料間隙率為17.8%，瀝青飽和度為78.1%，馬歇爾穩(wěn)定度為12.82kN。

3 路用性能

3.1 施工工藝

（1）施工前準(zhǔn)備工作

為研究不同改性劑摻量對(duì)SBS改性瀝青路面路用性能的影響，以1%為間隔，設(shè)計(jì)0%, 1%, 2%, 3%, 4%,5%六組改性劑摻量。為了保證施工的安全性，需要提前對(duì)施工路段采取封閉措施，清掃路面的雜物和垃圾，使施工作業(yè)面潔凈，并對(duì)路面進(jìn)行測(cè)量，保證路面標(biāo)高一致。

（2）拌和與攤鋪

在SBS改性瀝青混合料拌和前應(yīng)檢測(cè)其各項(xiàng)指標(biāo)是否符合施工要求。拌和過程中應(yīng)保證瀝青混合料的均勻性，拌和溫度不低于180℃。混合料拌和完成后需要進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。選取項(xiàng)K1120+000—K1120+600 段作為SBS 改性瀝青混凝土路面試驗(yàn)段，全長600m。將試驗(yàn)路段平均分成6 段，每段100m，用改性劑摻量為0%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段A，用改性劑摻量為1%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段B，用改性劑摻量為2%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段C，用改性劑摻量為3%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段D，用改性劑摻量為4%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段E，用改性劑摻量為5%的混合料攤鋪試驗(yàn)路段F。

（3）壓實(shí)

SBS 改性瀝青混合料的壓實(shí)過程包括初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段。采用“緊跟、慢壓、高頻、地幅”的方式進(jìn)行壓實(shí)。壓路機(jī)不得在中途停留、轉(zhuǎn)向或制動(dòng)[4]。

3.2 性能檢測(cè)

為研究不同改性劑摻量對(duì)SBS改性瀝青路面路用性能的影響，本文選用六種不同改性劑摻量制備混合料并攤鋪試驗(yàn)段。施工完成后，分別在A、B、C、D、E、F 試驗(yàn)路段的車轍位置處選取采樣點(diǎn)鉆芯取樣。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)芯樣進(jìn)行浸水48h 穩(wěn)定度試驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示?；旌狭嫌褪扰c浸水48h 穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系如圖3所示。

表7 六組不同改性劑摻量的SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

圖3 油石比與浸水48h穩(wěn)定度以及動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系圖

由圖3 可知，試件浸水48h 的穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度隨著改性劑摻量的增加先增大然后趨于穩(wěn)定。當(dāng)改性劑摻量從0%增加到1%時(shí)，試件浸水48h穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度都大幅增大，分別達(dá)到5.9kN和5 127次/mm。當(dāng)改性劑摻量從1%增加到2%時(shí)，試件浸水48h穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度均小幅增大。因此，推薦改性劑最佳摻量為2%。

4 結(jié)語

為深入了解SBS改性瀝青技術(shù)在瀝青路面中的應(yīng)用情況，本文采用了三種級(jí)配，油石比采用4.5%, 5.0%,5.5%三組方案，通過試驗(yàn)確定了最佳油石比。依托實(shí)際工程進(jìn)行SBS改性瀝青路面施工，竣工后對(duì)瀝青路面浸水48h 穩(wěn)定度及動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明SBS 改性瀝青能夠提高道路的路用性能。