楊晚生, 王振, 劉群艷, 許祥云

(1.江西宜春市政交通建設(shè)有限公司, 江西 宜春 336000;2.江西省宜春市公路事業(yè)發(fā)展中心, 江西 宜春 336000)

江西省高安市作為中國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)基地,貨運(yùn)量大。該地區(qū)夏季高溫,國(guó)、省干線公路車轍問題突出。采用70#、50#瀝青等修筑的瀝青路面,在重載、高溫和渠化交通作用下容易產(chǎn)生車轍病害[1-2]。通常采用改性瀝青或在瀝青混合料中摻加抗車轍劑、高模量劑等提高瀝青路面的抗車轍能力,近年來也采用低標(biāo)號(hào)(50#以下)瀝青生產(chǎn)的混合料來抵抗路面車轍病害[3-4]。成高立等認(rèn)為摻加抗車轍劑可提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性[5]。張爭(zhēng)奇等通過試驗(yàn)分析多種抗車轍劑對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明摻加抗車轍劑能顯著改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性[6]。苗祺等研究抗車轍劑摻量與瀝青混合料路用性能的關(guān)系,推薦抗車轍劑最佳摻量為0.4%[7]。王俊杰研究發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增加高模量劑摻量可同時(shí)改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性[8]。郭寅川等發(fā)現(xiàn)與普通瀝青相比,低標(biāo)號(hào)瀝青的高溫抗車轍能力大幅提高,且無須摻加任何改性劑,生產(chǎn)成本低[9]。樊興華等的試驗(yàn)結(jié)果表明 30#瀝青混合料的高溫性能優(yōu)于70#瀝青混合料,與SBS改性瀝青混合料接近[10]。彭煒等通過試驗(yàn)?zāi)M不同路面面層結(jié)構(gòu)使用新疆巖瀝青或70#基質(zhì)瀝青時(shí)車轍深度,分析了新疆巖瀝青對(duì)路面面層抗車轍性能的影響[11]。目前對(duì)不同抗車轍改性技術(shù)下瀝青路面路用性能與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合研究的文獻(xiàn)較少。本文分別采用高模量劑、抗車轍劑、30#瀝青、70#瀝青設(shè)計(jì)AC-25瀝青混合料,對(duì)其路用性能和材料成本進(jìn)行對(duì)比分析,為重載交通地區(qū)抗車轍技術(shù)選擇提供參考。

1 試驗(yàn)方案

江西省高安市某國(guó)道大修項(xiàng)目,重載車輛多,車流量大,在自然環(huán)境和行車荷載作用下車轍病害嚴(yán)重。原設(shè)計(jì)瀝青路面結(jié)構(gòu)為5 cm厚SBS改性AC-16上面層+7 cm厚70#AC-25下面層。已有研究表明,對(duì)于兩層結(jié)構(gòu)的瀝青路面,車轍主要發(fā)生在瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)下面層[12]。以原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)組合為基礎(chǔ),采用高模量劑、抗車轍劑、30#瀝青、70#瀝青設(shè)計(jì)3種面層結(jié)構(gòu)組合,對(duì)比分析重載交通下不同添加劑與低標(biāo)號(hào)瀝青抵抗車轍病害的能力。3種面層結(jié)構(gòu)組合分別為5 cm厚SBS改性AC-16上面層+7 cm厚抗車轍劑AC-25下面層、5 cm厚SBS改性AC-16上面層+7 cm厚高模量劑AC-25下面層、5 cm厚SBS改性AC-16上面層+7 cm厚低標(biāo)號(hào)瀝青(30#瀝青)AC-25下面層,其中高模量劑及抗車轍劑摻量為0.4%,采用自動(dòng)添加設(shè)備投放。按照GB/T 29050—2012《道路用抗車轍劑瀝青混凝土》的要求,抗車轍瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不小于4 800次/mm。設(shè)計(jì)高模量劑AC-25瀝青混合料、抗車轍劑AC-25瀝青混合料和30#、70#瀝青AC-25瀝青混合料,對(duì)其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比,并分析其材料成本。

2 原材料性能檢測(cè)

2.1 瀝青

采用山東中海70#瀝青與30#瀝青,其技術(shù)指標(biāo)見表1,均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

表1 瀝青的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2.2 添加劑

高模量劑、抗車轍劑均為國(guó)產(chǎn)品牌,根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)資料,兩種添加劑均能顯著提高瀝青混合料的勁度模量、高溫抗車轍性能和抗疲勞性能。添加劑摻量為瀝青混合料用量的0.4%。采用干法技術(shù)[13]制備改性AC-25混合料。

2.3 集料

集料采用石灰?guī)r,規(guī)格為0.00～4.75 mm(1#)、4.75～9.50 mm(2#)、9.50～19.00 mm(3#)、19.00～31.50 mm(4#),其技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表2～4,篩分結(jié)果見表5。

表2 粗集料的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 細(xì)集料的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表4 礦粉的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表5 集料篩分結(jié)果

3 AC-25瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

采用AC-25型級(jí)配,根據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》推薦的級(jí)配范圍,通過馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì),各檔集料比例為m(1#)∶m(2#)∶m(3#)∶m(4#)∶m(礦粉)=44∶12∶26∶16∶2,合成級(jí)配見表6。

通過馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行高模量劑AC-25瀝青混合料、抗車轍劑AC-25瀝青混合料(基質(zhì)瀝青均為70#瀝青)及30#、70#AC-25瀝青混合料配合比設(shè)計(jì),由混合料力學(xué)指標(biāo)與體積指標(biāo)綜合得出其最佳油石比分別為4.1%、4.1%、4.1%、4.0%。

4 路用性能對(duì)比分析

4.1 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

采用輪碾成型機(jī)分別成型高模量劑AC-25瀝青混合料、抗車轍劑AC-25瀝青混合料、30#和70#瀝青AC-25瀝青混合料板塊試件進(jìn)行車轍試驗(yàn),試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm,試驗(yàn)溫度為60 ℃,輪壓為0.7 MPa。取輪作用45 min、60 min時(shí)的車轍變形計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度,評(píng)價(jià)混合料的高溫性能。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 4種AC-25瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以看出:4種瀝青混合料在60 ℃下的動(dòng)穩(wěn)定度大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>30#瀝青混合料>70#瀝青混合料,高模量劑、抗車轍劑瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均大于4 800 次/mm,滿足GB/T 29050—2012《道路用抗車轍劑瀝青混凝土》對(duì)抗車轍瀝青混合料1-4區(qū)的要求。與70#瀝青混合料相比,高模量劑、抗車轍劑瀝青混合料及30#瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別提高423.6%、322%、143.9%,高模量劑、抗車轍劑瀝青混合料的高溫性能遠(yuǎn)優(yōu)于70#瀝青混合料。瀝青標(biāo)號(hào)越低,針入度越小,軟化點(diǎn)越高,高溫穩(wěn)定性越好,抗車轍能力越強(qiáng),但30#瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度沒有達(dá)到GB/T 29050—2012對(duì)抗車轍瀝青混合料的要求(≥4 800次/mm)。

4.2 瀝青混合料的低溫抗裂性能

通過低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能,試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm,試驗(yàn)加載速率為50 mm/min,試驗(yàn)溫度為-10 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 4種AC-25瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表8可以看出:以最大彎拉應(yīng)變?yōu)樵u(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),4種瀝青混合料的低溫性能優(yōu)劣排序?yàn)榭管囖H劑瀝青混合料>高模量劑瀝青混合料>70#瀝青混合料>30#瀝青混合料。外加劑的加入可以提高瀝青混合料的低溫性能,與70#瀝青混合料相比,高模量劑、抗車轍劑瀝青混合料的彎拉應(yīng)變分別提高4.5%、10.4%,30#瀝青混合料的彎拉應(yīng)變降低5.3%。這是由于瀝青標(biāo)號(hào)越高,黏塑性成分越多,低溫抗裂性能越好。在江西地區(qū),改性瀝青混合料的彎拉應(yīng)變應(yīng)不小于2 500×10-6,基質(zhì)瀝青混合料的彎拉應(yīng)變應(yīng)不小于2 000×10-6,高模量劑瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變不滿足要求。

4.3 瀝青混合料的水穩(wěn)定性

通過凍融劈裂試驗(yàn)和馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)4種瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 4種AC-25瀝青混合料的浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從表9可以看出:4種瀝青混合料的水穩(wěn)定性均滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求,殘留穩(wěn)定度大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>30#瀝青混合料>70#瀝青混合料,凍融劈裂強(qiáng)度比大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>70#瀝青混合料>30#瀝青混合料。由于高模量劑與抗車轍劑的加入起到了增強(qiáng)瀝青黏度的作用,瀝青能更好地黏附在集料表面,相比70#瀝青混合料,其水穩(wěn)定性更優(yōu)。

4.4 技術(shù)性能評(píng)價(jià)

4種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>30#瀝青混合料>70#瀝青混合料,均滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求;低溫性能優(yōu)劣排序?yàn)榭管囖H劑瀝青混合料>高模量劑瀝青混合料>70#瀝青混合料>30#瀝青混合料,高模量劑瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變不滿足JTG F40—2004的要求;殘留穩(wěn)定度大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>30#瀝青混合料>70#瀝青混合料,凍融劈裂強(qiáng)度比大小排序?yàn)楦吣Ａ縿r青混合料>抗車轍劑瀝青混合料>70#瀝青混合料>30#瀝青混合料,均滿足JTG F40—2004的要求。綜合比較,高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求的為抗車轍劑瀝青混合料。高溫穩(wěn)定性和抗水破壞能力最好的為高模量劑瀝青混合料,但其低溫破壞應(yīng)變偏小,不滿足規(guī)范要求。70#瀝青混合料的各項(xiàng)性能均滿足普通瀝青路面的技術(shù)要求,但不適應(yīng)于抗車轍性能要求高的瀝青路面。

5 抗車轍AC-25瀝青混合料的材料成本

以生產(chǎn)1 t瀝青混合料為例,對(duì)高模量劑瀝青混合料、抗車轍劑瀝青混合料、低標(biāo)號(hào)(30#)瀝青混合料進(jìn)行材料成本對(duì)比,計(jì)算結(jié)果見表10。

表10 生產(chǎn)1 t不同抗車轍AC-25瀝青混合料的材料成本

由表10可知:高模量劑AC-25瀝青混合料的材料成本最高,抗車轍劑AC-25瀝青混合料次之,30#瀝青混合料的材料成本最低。對(duì)于重載高溫地區(qū),減少車轍的產(chǎn)生是延長(zhǎng)道路使用壽命的重要保證,推薦采用綜合性能滿足改性瀝青混合料要求、動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到GB/T 29050—2012《道路用抗車轍劑瀝青混凝土》中抗車轍瀝青混合料1-4區(qū)要求的抗車轍劑AC-25瀝青混合料。30#瀝青混合料的高溫性能滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)改性瀝青混合料高溫性能的要求,且其材料成本低于高模量劑、抗車轍劑改性瀝青混合料,能降低道路建設(shè)成本,可用于一般抗車轍瀝青路面。

6 結(jié)論

(1) 高模量劑、抗車轍劑瀝青混合料均滿足抗車轍瀝青路面的技術(shù)要求;30#瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到改性瀝青混合料的技術(shù)要求,滿足改性瀝青路面的要求。

(2) 抗車轍劑瀝青混合料的綜合性能最佳,高模量劑瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變稍低于改性瀝青混合料的要求;30#瀝青混合料的高溫性能達(dá)到改性瀝青的技術(shù)要求,但其低溫和抗水破壞性能只滿足普通瀝青的技術(shù)要求。

(3) 高模量劑改性瀝青混合料的材料成本最高,30#瀝青混合料的材料成本最低。

(4) 建議高抗車轍瀝青路面采用抗車轍劑瀝青混合料,一般抗車轍瀝青路面采用30#瀝青混合料。