李 彬 曾祥育 程 晶

(1.中交一公局集團有限公司 北京 102205； 2.武漢理工大學交通與物流工程學院 武漢 430063)

隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，中非地區(qū)的交通運輸結構難以滿足其經(jīng)濟發(fā)展的需要。該地區(qū)公路建設也在快速發(fā)展。然而，常規(guī)瀝青路面已經(jīng)無法適應日益增加的交通量及重軸載，通常在道路通車后不久就會出現(xiàn)車轍、裂縫、沉陷等諸多病害，為了延長路面使用壽命，各國道路工程師也在積極地研究新型路面材料。高模量瀝青混合料(HMA)作為一種先進的路面材料，受到了業(yè)內廣泛的關注。這種類型的道路材料，為中非地區(qū)的道路工程建設提供了捷徑[1]。

相比常規(guī)瀝青混合料，HMA具有更高的勁度模量和優(yōu)異的疲勞壽命，能夠有效地防止或延緩車轍病害的產(chǎn)生和發(fā)展，從而延長路面使用壽命，顯著提高路網(wǎng)的通行能力和運營效率[2]。根據(jù)法國NF標準，HMA應用于基層或中下面層被稱為EME，應用于上面層被稱為BBME。HMA制備方法主要有3種：①采用低標號硬質瀝青作為結合料，與一定級配的集料在合適溫度拌制而成；②將巖瀝青、湖瀝青等高熔點天然瀝青與石油瀝青混合制備結合料，采用這種自調合的結合料制備HMA；③將聚烯烴類添加劑摻入基質瀝青中制備高模量瀝青，與集料拌制形成HMA[3-4]。聚烯烴類化合物主要包括聚乙烯和聚丙烯，是一種熱塑性材料，已廣泛用于生產(chǎn)高模量瀝青混合料[5-6]。

已有研究[7]表明，摻入聚烯烴類添加劑制備而成的HMA，可顯著提高路面的抗車轍性能和抗疲勞性能，減少瀝青路面的早期病害。不同類型的添加劑對HMA性能的影響則不盡相同。本文依托雅杜高速公路項目一期工程，介紹用于面層添加PR FLEX20抗車轍劑的BBME混合料的路用性能、施工性能及應用效果。

1 項目概況

喀麥隆雅溫得至杜阿拉高速公路項目(一期)所處的氣候環(huán)境為典型的非洲熱帶雨林氣候區(qū)，全年降雨量大且集中，日照時間長且強度高，晝夜溫差較大。項目(一期)全長60 km，項目路面主要采用高模量瀝青混凝土，結構層形式為：6 cm BBME 0/14面層+9 cm EME2 0/20基層+10 cm EME2 0/20底基層+20 cm級配碎石0/31.5墊層。其中BBME面層使用PR FLEX20抗車轍添加劑。

2 原材料

2.1 瀝青膠結料

瀝青膠結料對HMA混合料性能起到了關鍵性作用。本項目瀝青面層采用普通50/70基質瀝青。50/70基質瀝青檢測結果見表1，其性質滿足法國標準NF EN12591的相關規(guī)定。

2.2 集料

對BBME 0/14面層所用集料按照法國規(guī)范進行技術指標試驗，檢測結果見表2。由表2可見，集料均符合法國標準對集料各指標的規(guī)定。

表2 集料技術指標檢測結果

2.3 PR FLEX20抗車轍劑

PR FLEX20抗車轍劑是法國PRI公司研發(fā)的一種高黏度瀝青混合料添加劑，它能夠對瀝青進行改性，在與瀝青和集料拌和過程中，可以與瀝青發(fā)生溶脹和吸附作用相互融合。瀝青膠結料中的大分子組分會相對增加。添加劑自身高黏性的性質被傳遞到瀝青中，在提高瀝青彈性恢復能力的同時增強了瀝青與骨料間的黏結力，從而提高混合料的抗裂、抗拉和抗車轍能力，瀝青路面強度和耐久性也得到了提升。PR FLEX20添加劑性能穩(wěn)定，常溫下可長時間存儲，且使用方便，采用直投式生產(chǎn)工藝，在瀝青混合料干拌過程中直接加入。并且，該添加劑適用性強，滿足當?shù)貧夂颉⒔煌l件，以及公路等級的道路石油瀝青的改性，適用于BBME、BBM、BBTM、BBA、BBSG、SMA、AC、Superpave等多種混合料，在改性過程中不會發(fā)生瀝青的氧化，在許多國家得到了廣泛的推廣和良好的應用效果。

PR FLEX20添加劑呈顆粒狀，顆粒直徑為2～4 mm，其建議添加量為瀝青混合料質量的0.3%。PR FLEX20抗車轍劑產(chǎn)品規(guī)格見表3。

表3 PR FLEX20抗車轍劑產(chǎn)品規(guī)格

使用PR FLEX20抗車轍劑分別對40/50和50/70基質瀝青進行改性，在改性前后測定瀝青技術指標，試驗結果見表4。

表4 基質瀝青改性前后技術指標

由表4可見，通過試驗檢測，40/50和50/70基質瀝青在摻入PR FLEX20添加劑后針入度明顯降低，軟化點升高，瀝青的彈性恢復能力有了顯著的提升。40/50瀝青的脆點和塑性指數(shù)也有了一定程度的提高，使瀝青在低溫環(huán)境下不容易脆裂。PR FLEX20添加劑能夠有效提高瀝青在高溫時的黏度，降低溫度敏感性，增大瀝青的附著力，提高抗剝落及水穩(wěn)定性。改性后瀝青質地變硬，混合料流動性減弱，使得路面具有良好的高溫抗變形能力。

3 抗車轍混合料性能研究

3.1 PR FLEX20抗車轍混合料最佳摻量

與傳統(tǒng)觀念中骨架密實型結構更有利于抗車轍不同的是，BBME和EME混合料一般采用懸浮密實型結構，這種結構充分利用HMA的高模量和優(yōu)異的彈性恢復能力，使其具備了良好的抗車轍性能。采用細級配的HMA混合料動穩(wěn)定度通常在5 000次/mm以上，這說明細級配并不意味著混合料高溫穩(wěn)定性差[8-9]。雅杜高速一期路面工程所采用的BBME混合料的級配見表5。

表5 BBME混合料級配

該項目BBME混合料通過馬歇爾試驗方法確定的瀝青用量是4.5%?；贐BME混合料的配合比，分別外摻混合料質量0%、0.15%、0.3%和0.45%的PR FLEX20抗車轍劑，制備BBME混合料并進行馬歇爾試驗各項路用性能試驗，依據(jù)試驗結果綜合分析并確定其最佳摻量。不同摻量下BBME混合料試驗結果見表6。

表6 不同PR FLEX20摻量的BBME混合料試驗結果

當PR FLEX20摻量由0%增至0.30%時，瀝青飽和度、馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度指標快速提高；當摻量達到0.30%后繼續(xù)增加，這3項指標的增速明顯降低，且水穩(wěn)定性降低。由于更高的PR FLEX20摻量在增加了工程成本的同時，不能帶來較大的性能指標提升，還會影響施工和易性，導致成型的試件發(fā)硬發(fā)干、易剝落。因此，確定PR FLEX20抗車轍劑的最佳摻量為0.30%。

3.2 不同抗車轍混合料路用性能試驗

為了進一步探究PR FLEX20抗車轍劑的應用特點，本節(jié)將其與RA型抗車轍劑和LY型抗車轍劑進行對比研究，在相同級配及最佳瀝青用量條件下，分別外摻0.30%的3種抗車轍劑制備瀝青混合料，并通過馬歇爾試驗及路用性能試驗研究不同類型抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響。不同抗車轍劑制備的BBME混合料路用性能試驗結果見表7。

表7 不同抗車轍混合料路用性能試驗結果

由表7可知，添加3種抗車轍劑后，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度和動態(tài)模量均有一定程度的提高。其中，添加PR FLEX20的提升幅度最大。添加抗車轍劑后，PR FLEX20型抗車轍混合料的流值更小，而RA和LY型相比基質瀝青混合料，流值增大；PR FLEX20型和LY型抗車轍混合料凍融劈裂強度比明顯提高，且PR FLEX20型水穩(wěn)定性更加優(yōu)越，而RA型抗車轍混合料的水穩(wěn)性能則弱于基質瀝青混合料。由此可知，相比RA型和LY型抗車轍混合料，PR FLEX20型抗車轍混合料不僅具有更突出的抗車轍能力，而且其動態(tài)模量更高，水穩(wěn)定性更好。

4 BBME混合料應用研究

4.1 BBME混合料路用性能驗證

摻入PR FLEX20添加劑的BBME混合料，首先按照法國PCG旋轉壓實試驗研究其壓實特性。然后根據(jù)法國標準要求，通過多列士試驗、法國輪轍試驗、兩點梯形梁復數(shù)模量試驗和疲勞試驗對高模量瀝青混合料的四級指標進行檢測。BBME混合料相關試驗結果及法國標準對其性能指標的要求見表8。

表8 BBME混合料法國標準性能試驗結果

由表8可知，添加PR FLEX20的BBME混合料均滿足法國標準對高模量瀝青混合料的四級指標的要求，并且PCG成型的試件空隙率較低，這在一定程度上有利于抵抗水損害，同時，PR FLEX20改性后的瀝青對集料的黏附能力更強，這也是BBME混合料水敏感性抗壓強度較高的原因。BBME混合料在60 ℃時的車轍變形率僅為2.77%，其抵抗車轍變形的能力十分顯著，這確保了BBME瀝青面層具備了良好的高溫穩(wěn)定性，能夠有效減少路面早期病害的產(chǎn)生。BBME瀝青混合料復數(shù)模量達到10 592 MPa，其疲勞失效應變?yōu)?17.2×10-6?；旌狭献陨砭哂休^高的模量，在相同的荷載下產(chǎn)生應變更小，同時又具有較好的抗疲勞性能，這與瀝青膠結料突出的彈性恢復能力密不可分。因此，添加PR FLEX20的BBME混合料具備良好的水穩(wěn)定性、較高的復數(shù)模量和優(yōu)秀的抗車轍和抗疲勞性能，能夠較好地適應喀麥隆雅杜高速高溫、雨季集中的氣候環(huán)境。

4.2 BBME面層攤鋪要點

BBME面層施工前，對基層表面進行清理后，灑布黏層油。將拌和好的瀝青混合料運輸過程中覆蓋苫布保溫。施工過程中要嚴格控制混合料的出廠溫度、攤鋪溫度與碾壓溫度，溫度控制指標見表9。

面層施工中，對行車道8.5 m寬的BBME 0/14面層和緊急停車帶3 m或者3.255 m的BBME使用2輛攤鋪機同時攤鋪，攤鋪機間距不大于30 m。對于橫向接縫，在攤鋪前，將已攤鋪的瀝青料末端切割整齊，清掃接縫處，對切口涂刷黏層油，再進行攤鋪、碾壓。行車道瀝青面層BBME施工采用平衡梁法來控制攤鋪厚度。攤鋪機以2.0～2.5 m/min勻速行駛，確保均勻不間斷攤鋪。緊急停車帶BBME攤鋪機通過內側滑靴走在已攤鋪完成的BBME表面上，外側采用2.5%橫坡進行控制。行車道BBME及緊急停車帶BBME松鋪系數(shù)為1.2，瀝青混合料BBME攤鋪厚度根據(jù)其松鋪系數(shù)確定，以保證壓實后的厚度為6 cm。

4.3 BBME面層碾壓工藝

改性后PR FLEX20與瀝青發(fā)生融合，相當于提高了瀝青混合料中膠結料的含量。密級配、高膠結料用量的BBME混合料具有良好的施工均勻性，相對來說更易壓實。BBME面層的碾壓采用初壓、復壓、終壓的步驟進行。具體的碾壓方案見表10。

4.4 質量控制與驗收

BBME面層施工完成后，按照法國CCTP專項規(guī)范對路面壓實度、平整度等進行全面檢測，規(guī)定的質量控制指標見表11。經(jīng)檢測，BBME面層壓實度、縱向和橫向平整度，以及路面高程均滿足CCTP的相關要求。

5 應用經(jīng)濟性

PR FLEX20添加劑在BBME面層中的應用，極大提高了瀝青混凝土的抗車轍性能，改善瀝青混合料的抗疲勞性能，延長道路養(yǎng)護時間，延長路面的使用壽命。這進一步提高了工程質量，滿足項目建設的質量要求。

對于PK0-PK60路段面層工程建設，將使用8 cm BBMA3普通瀝青混凝土和使用6 cm添加PR FLEX20的BBME混凝土進行對比分析，工程量和造價對比結果見表12。

表12 PK0-PK60不同類型瀝青混凝土面層對比分析

由表12可知，在PK0-PK60標段應用PR FLEX20添加劑，雖然導致瀝青混合料單價增加，但是減少了約25%的瀝青面層工程量，約合2.76萬m3混凝土，為業(yè)主降低成本約為871萬美元。瀝青面層路面工程量的減少，節(jié)約了施工時間，同時降低了能源消耗、減少了碳排放量，達到節(jié)能減排的效果。

6 結論

截止2021年底，項目已完成50 km的瀝青面層的施工，完成攤鋪瀝青面層混合料共17.45萬t，其中使用PR FLEX20抗車轍劑523.5 t，累積了大量法國標準下的施工經(jīng)驗。通過對PR FLEX20抗車轍劑和添加PR FLEX20生產(chǎn)的BBME混合料的研究以及現(xiàn)場應用分析，得出以下結論。

1)PR FLEX20高黏度添加劑在拌和過程中，可以與瀝青相互融合對瀝青進行改性，增強了瀝青與骨料間的黏結力，提高瀝青的彈性恢復能力，從而提高高模量瀝青混合料的高溫抗車轍能力和低溫性能，瀝青路面強度和耐久性也得到了提升。

2)通過路用性能試驗研究發(fā)現(xiàn)，相比RA型和LY型抗車轍混合料，PR FLEX20型抗車轍混合料具有更高的動態(tài)模量、更突出的抗車轍能力和水穩(wěn)定性。

3)在喀麥隆雅杜高速一期路面工程中，通過法國標準四級性能指標試驗驗證，使用PR FLEX20添加劑的BBME混合料具備良好的水穩(wěn)定性、較高的復數(shù)模量和優(yōu)越的抗車轍和抗疲勞性能，能夠適應喀麥隆當?shù)馗邷?、多雨和強日照的氣候條件。

4)通過現(xiàn)場施工工藝和質量控制，BBME面層滿足項目建設的要求。同時，它能夠減薄層高，減少工程量，降低整體工程造價，帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。