摘要：為解決普通國省干線公路沿線重載交通、連續(xù)坡道、橋面鋪裝及交叉口等特殊路段瀝青路面車轍防治問題，在濕法SBS改性瀝青混合料AC-13C礦料級配優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對不同改性、不同制備方式的改性瀝青混合料路用性能試驗的分析表明：濕法SBS改性瀝青混合料外摻0.3%干法DTPE-M進行復(fù)合共混改性后，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度分別提高了73.1%、78.6%，抗剪強度分別提高了66.5%、72.2%，低溫破壞應(yīng)變分別提高了9.6%、10.8%，殘留穩(wěn)定度分別提高了6.5%、7.9%，現(xiàn)場生產(chǎn)的各項路用性能比室內(nèi)拌制均有所提高；干濕復(fù)合改性瀝青混合料形成的多相復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯著提高了瀝青混合料動穩(wěn)定度與抗剪強度，同時對低溫抗裂及水穩(wěn)定性也有較好改善作用。

關(guān)鍵詞：國省干線公路；干濕復(fù)合改性瀝青混合料；車轍防治；干法DTPE-M；路用性能

中圖分類號：U414 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-6478（2023）01-0170-05

Application of Composite Modified Asphalt Mixture by Dry and Wet Processes in Rutting Prevention and Control on National and Provincial Trunk Highways

YANG Kunlun SUN Xiaoyu CAI Qiandong

（1.Yulin Xingda Construction and Installation Co.，Ltd.，Yulin，Shaanxi 719000，China；

2.Shaanxi Dongdao Special Pavement Technology Co.，Ltd.，Xi’an，Shaanxi 712000，China）

Abstract：In order to solve the problems of rutting prevention and control of asphalt pavement along special sections of national and provincial trunk highways，including sections of heavy traffic，continuous ramps，bridge deck pavement and intersections，this paper analyzes the road performance of modified asphalt mixture with different modifications and various preparation methods on the basis of optimizing the grading of the SBS modified asphalt mixture AC-13C by wet process. The findings of the study are as follows：After the SBS modified asphalt mixture by wet process is mixed with 0.3% DTPE-M by dry process for blending modification，the dynamic stability is increased by 73.1% for the composite modified asphalt mixture by dry and wet processes prepared in the laboratory，and 78.6% for that produced in the field；The shear strength is increased by 66.5% and 72.2% respectively；The low-temperature failure strain is increased by 9.6% and 10.8% respectively；And the residual stability is increased by 6.5% and 7.9% respectively. The road performance of asphalt mixture produced in the field is superior to that prepared in the laboratory；The multi-phase multiplex cross-linking network structure of composite modified asphalt mixture by dry and wet processes can significantly enhance the dynamic stability and shear strength of the asphalt mixture，while improving its low-temperature cracking resistance and moisture susceptibility.

Key words：national and provincial trunk highways；composite modified asphalt mixture by dry and wet processes；rutting prevention and control；DTPE-M by dry process；road performance

0 引言

普通國省道干線公路由普通國道和省道組成，在公路網(wǎng)中側(cè)重于提供普遍的、非收費的交通基本公共服務(wù)，發(fā)揮干線功能[1-2]?！笆濉睍r期，我國普通國省干線公路沿線交通量及重載大型貨運車輛比重增長迅猛，加之近年極端高溫氣候頻發(fā)，早期瀝青路面抗車轍功能不足問題十分突出[3]。對于石油煤炭資源豐富的陜西榆林市而言，普通國省干線公路更是地方能源產(chǎn)業(yè)的重要支柱，長期承擔(dān)著繁重的交通運輸任務(wù)；“十四五”時期，我省全力推進普通國省干線公路品質(zhì)工程建設(shè)，如何防治沿線重載大交通、連續(xù)坡道、橋面鋪裝、交叉口等路段的車轍病害，是今后大中修與提檔升級必須面臨的現(xiàn)實問題。

近年來，為提升瀝青路面的抗車轍性能，SBS改性瀝青、干法瀝青混合料改性技術(shù)、復(fù)合改性瀝青及改性瀝青混合料已得到廣泛應(yīng)用[4]。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，現(xiàn)有改性瀝青混合料可分為濕法和干法。濕法是指在工廠或現(xiàn)場將改性劑與基質(zhì)瀝青預(yù)混制得成品改性瀝青，而后與集料拌和后使用；干法則是在拌和時直接將基質(zhì)瀝青（或改性瀝青）、改性劑、集料一同投入拌缸，通過拌和過程直接生產(chǎn)出改性瀝青混合料，也稱之“直投工藝”[5]。相關(guān)研究表明：聚乙烯PE和SBS復(fù)合改性后，瀝青混合料高溫性能、力學(xué)性能和抗水損害能力有明顯提高[6]；干法和濕法不同改性工藝制備的HDPE改性瀝青混合料，HDPE摻量小于8%時，濕法瀝青混合料抗車轍性能優(yōu)于干法，當(dāng)HDPE摻量大于8%則相反[7]；采用廢輪胎橡膠粉和再生低密度聚乙烯LDPE對基質(zhì)瀝青進行濕法復(fù)合改性后，改性瀝青的針入度小、軟化點和黏度大，高溫穩(wěn)定性得到了很大提升，且膠粉可以彌補LDPE低溫性能的不足[8]；利用廢舊橡膠塑料濕法制備的橡塑改性瀝青及AC-13復(fù)合改性瀝青混合料，其高溫穩(wěn)定性優(yōu)勢明顯，低溫抗裂性能介于橡膠改性瀝青和SBS改性瀝青之間，疲勞性能接近SBS改性瀝青混合料[9]；相同級配干法SBS改性瀝青混合料的高溫抗車轍及低溫抗裂性能優(yōu)于濕法SBS改性瀝青，濕法SBS改性瀝青混合料的抗水損害則更好[10]；SBS與膠粉濕法制備的復(fù)合改性瀝青結(jié)合了膠粉與SBS優(yōu)點，提高了瀝青混合料的高溫抗變形、低溫抗裂、抗疲勞及抗老化性能，同時降低了瀝青改性成本[11]。

1 材料與方案

1.1 原材料

（1）SBS改性瀝青

榆林定邊境內(nèi)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，采用成品SBS（I-B）改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

（2）礦料

粗集料采用熱料倉11-16 mm、6-11 mm、4-6 mm碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r碎石軋制而成的機制砂，試驗結(jié)果如表2、表3所示。填料采用石灰?guī)r碎石軋制碾磨的礦粉，試驗結(jié)果如表4所示。

（3）干法DTPE-M

干法DTPE-M是由熱塑性聚乙烯、活化膠粉、大分子瀝青質(zhì)、硅烷納米助劑等經(jīng)復(fù)合改性與擠出工藝制成的顆粒狀瀝青混合料改性劑，技術(shù)參數(shù)如表5所示。DTPE-M利用集料拌和過程的熱融效應(yīng)、攪拌機械力及運輸過程的“悶料”發(fā)育作用，使其多種復(fù)合組分在混合料中快速形成熔融分散、增黏增強、拉絲加筋的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[12]，實現(xiàn)對瀝青混合料的增強改性作用。

1.2 干濕復(fù)合改性瀝青混合料的制備

（1）礦料級配

選用連續(xù)密級配AC-13C型結(jié)構(gòu)，按照《陜西省瀝青路面車轍防治指導(dǎo)意見》（DBJTJ/T-002—2005）的級配范圍及高性能Superpave-13礦料級配設(shè)計思路，經(jīng)優(yōu)化后的骨架嵌擠密實型AC-13C合成礦料級配如表6所示，熱料倉各檔料質(zhì)量百分比為11～16mm：6～11mm：4～6mm：礦粉=31：28：10：27：4，最佳油石比為4.9%。

（2）干濕復(fù)合工藝

干濕復(fù)合改性瀝青混合料以拌合站拌缸及拌和過程為載體，生產(chǎn)工藝流程見圖1。通過在現(xiàn)有濕法SBS改性瀝青混合料AC-13C礦料級配優(yōu)化的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同路段抗車轍功能設(shè)計需要，在拌和過程中外摻一定比例的干法DTPE-M，將濕法SBS改性與干法DTPE-M二者共混復(fù)合改性而拌制成一種多相復(fù)合改性瀝青混合料，可以發(fā)揮不同改性組分的各自優(yōu)勢，彌補單一改性劑的不足[13-14]。

（4）干濕復(fù)合改性瀝青混合料的制備

制定室內(nèi)試驗方案時，由于濕法SBS改性瀝青中SBS改性劑摻量不小于4.0%，考慮到不同改性劑的共同作用，根據(jù)類似工程經(jīng)驗及沿線特殊路段抗車轍性能需求，最終選定干法DTPE-M的摻量為骨架嵌擠密實型AC-13C瀝青混合料質(zhì)量的0.3%。與此同時，為了分析室內(nèi)拌制與拌合站生產(chǎn)的拌和工況的差異性，分別采用室內(nèi)拌制、拌合站生產(chǎn)取樣法制備干濕復(fù)合改性瀝青混合料。

室內(nèi)拌制時，濕法SBS改性瀝青加熱160℃，集料加熱180℃，拌和溫度175℃、制件溫度160℃；先將加熱集料倒入拌鍋，稱取0.3%的干法DTPE-M拌和90s，再倒入SBS改性瀝青拌和90s，最后添加礦粉拌和90s；然后將拌好的干濕復(fù)合改性瀝青混合料置于160℃烘箱，恒溫1h使熔融分散后的DTPE-M微粒在熱覆“悶料”作用下充分發(fā)育，其后再進行室內(nèi)制件。拌合站現(xiàn)場生產(chǎn)時，不改變原有濕法SBS改性瀝青混合料的生產(chǎn)溫度，拌和投料順序與室內(nèi)保持一致；根據(jù)每鍋瀝青混合料產(chǎn)量與干法DTPE-M摻量，利用瀝青攪拌缸的預(yù)留檢查孔，集料干拌時，將稱量好的小包裝DTPE-M投放至拌缸中，干拌8～10 s，整個生產(chǎn)周期不小于50 s，成品混合料的出廠溫度175℃；在運料車留取干濕復(fù)合改性瀝青混合料，同樣置于160℃烘箱恒溫1 h再進行室內(nèi)制件。

1.3 物理-力學(xué)指標(biāo)

相同配比與不同制備方式下，干濕復(fù)合改性瀝青混合料AC-13C的馬歇爾物理-力學(xué)指標(biāo)如表7所示。

由表7可知，濕法SBS改性瀝青混合料中外摻0.3%干法DTPE-M后，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度分別提高了13.9%、17.6%；可以看出，DTPE-M干法改性后提高了瀝青混合料的力學(xué)性能，現(xiàn)場生產(chǎn)時的高溫?zé)崛坌?yīng)、集料碰撞撕裂及機械強力攪拌的作用，更有利于DTPE-M在混合料中的快速熔融與均勻分散，其改性效果比室內(nèi)拌制的更好。從不同改性瀝青混合料的體積指標(biāo)變化可以看出，現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料的空隙率、礦料間隙率最小，且飽和度最大；這是由于現(xiàn)場生產(chǎn)時，DTPE-M能夠充分熔融與均勻分散，有效增強了裹覆效果與瀝青薄膜厚度，而DTPE-M中部分微粒及未熔融組分，在瀝青混合料中起到了一定的填充作用。

2 路用性能分析

2.1 動穩(wěn)定度試驗

榆林市定邊境內(nèi)石油煤炭能源工業(yè)發(fā)達，夏季暑熱，經(jīng)常有夏旱和伏旱天氣，國省干線公路沿線工業(yè)礦區(qū)的重載交通、黃土溝壑地區(qū)連續(xù)坡道及交叉口等特殊路段，瀝青路面極易出現(xiàn)失穩(wěn)型車轍。采用動穩(wěn)定度指標(biāo)檢驗不同改性瀝青混合料、濕法復(fù)合改性混合料不同制備方式下的抗車轍能力，在60±0.5℃、0.7±0.05MPa輪壓條件下，動穩(wěn)定度試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，在礦料級配的骨架嵌擠與干濕復(fù)合改性的共同作用下，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度分別提高了73.1%、78.6%；干濕復(fù)合改性過程中，濕法SBS改性劑微粒發(fā)生溶脹形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分散在瀝青連續(xù)相中，DTPE-M中的熱塑性聚乙烯、少量活化膠粉、硅烷納米助劑等在熱混合過程中充分熔融分散及溶脹，橡塑復(fù)合組分吸收瀝青輕質(zhì)組分與之相互融合，并以微粒或拉絲網(wǎng)狀嵌入SBS改性劑空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，對濕法SBS改性瀝青起到結(jié)構(gòu)增強與加筋作用；干法、濕法通過熱拌和工藝混合后，瀝青混合料中多相復(fù)合組分相互纏結(jié)與共混改性而形成一種新的復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種新型復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效限制瀝青混合料在荷載及高溫下的流動變形，使改性瀝青混合料的黏聚力、剛度及抗變形彈性恢復(fù)能力全面提高，從而增強高溫抗車轍性能。

2.2 抗剪強度試驗

瀝青路面永久變形主要是瀝青混合料剪切變形所致，相關(guān)研究表明：荷載在瀝青混合料試件中產(chǎn)生的剪應(yīng)力與引起路面永久變形的剪應(yīng)力基本相當(dāng)[15]；瀝青混合料抗剪強度越大，抗剪切變形能力就越好。室內(nèi)采用旋轉(zhuǎn)壓實成型150 mm×120 mm試件，通過取芯及切割機制備100 mm×100 mm圓柱體，單軸貫入的鋼制壓頭為28.5 mm，圓柱試件在60±0.5℃條件下恒溫5 h，利用萬能試驗機進行單軸貫入強度試驗，加載速率為1 mm/min，由單軸貫入強度與剪應(yīng)力系數(shù)（取值0.339）乘積求得不同改性瀝青混合料的抗剪強度，試驗結(jié)果如圖3所示。

瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗車轍板在制作過程中受環(huán)境溫度及裝料操作影響較大；而單軸貫入強度試驗采用旋轉(zhuǎn)成型的圓柱體試件，可降低抗車轍性能評價的人為偏差[16]。由圖3可知，單軸貫入強度越大，抗剪強度就越大；加入干法DTPE-M后，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料抗剪強度分別提高了66.5%、72.2%，抗剪強度與動穩(wěn)定度的變化規(guī)律基本一致，但增幅相對有所減小。

2.3 低溫彎曲試驗

采用小梁低溫彎曲試驗評價低溫抗裂性能，試驗溫度-10℃，加載速率50 mm/min，由破壞時最大荷載、跨中撓度分別計算抗彎拉強度和最大彎拉應(yīng)變，試驗結(jié)果如圖4所示。

與濕法SBS改性瀝青混合料相比，加入干法DTPE-M后，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變分別提高了9.6%、10.8%，這是由于復(fù)合改性中SBS與少量膠粉微粒共同作用，改善了干濕復(fù)合改性瀝青混合料的低溫黏彈性與柔韌性，抗彎拉強度及破壞應(yīng)變隨之增大而不易斷裂。

加入DTPE-M干法改性后，干濕復(fù)合改性瀝青混合料的勁度模量變大，說明DTPE-M中聚乙烯及大分子瀝青質(zhì)組分呈現(xiàn)的剛性特征，增加了改性瀝青混合料的硬度與脆性；因此，DTPE-M對低溫抗裂性能有積極的改善效果，但是與其對抗車轍性能的提升幅度相比，低溫抗裂性能存在一定的局限性。

2.4 浸水馬歇爾試驗

采用浸水馬歇爾試驗評價干濕復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果如圖5所示。加入干法DTPE-M后，室內(nèi)拌制與現(xiàn)場生產(chǎn)的干濕復(fù)合改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度分別提高了6.5%、7.9%；現(xiàn)場生產(chǎn)時，DTPE-M熔融分散效果越好，越利于發(fā)揮硅烷納米助劑對集料與瀝青黏附性的改善作用，同時有利于提高集料界面黏結(jié)強度與瀝青膜厚度，使其水穩(wěn)定性有所改善。

3 結(jié)語

（1）與濕法SBS改性瀝青混合料相比，將濕法SBS改性與干法DTPE-M進行共混復(fù)合改性后，可以彌補單一改性劑的不足；干濕復(fù)合改性瀝青混合料中形成的多相復(fù)合交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高了瀝青混合料動穩(wěn)定度與抗剪強度，使其具有顯著的高溫抗車轍性能；干法DTPE-M對低溫抗裂及水穩(wěn)定性也有較好的改善作用，但改善幅度存在一定的局限性。

（2）不同制備方式下的干濕復(fù)合改性瀝青混合料，現(xiàn)場生產(chǎn)的瀝青混合料各項路用性能比室內(nèi)拌制均有所提高；現(xiàn)場生產(chǎn)時混合料的高溫?zé)崛坌?yīng)、集料碰撞撕裂及機械強力攪拌作用優(yōu)勢突出，增強了干法DTPE-M的熔融狀態(tài)與分散效果，使其與SBS相互纏結(jié)與共混改性作用得以充分發(fā)揮。

（3）國省干線公路路面工程造價相對偏低，針對沿線重載交通、連續(xù)坡道、橋面鋪裝、交叉口等特殊路段的車轍防治，采用干濕復(fù)合改性瀝青混合料技術(shù)性能顯著、使用便捷，可以實現(xiàn)分段設(shè)計與精準(zhǔn)使用，降低工程造價，有效增強瀝青路面抗變形能力，提升路面服務(wù)質(zhì)量與運行安全。

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