陳麗莉,孫 磊,劉 康

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 211110)

0 引 言

西部一條干線公路位于高海拔地區(qū),由于地處區(qū)域性交通要道,隨著物流和客流的迅速增長,道路承受道路超過設(shè)計(jì)軸載負(fù)荷,引起瀝青路面車轍和水損壞,嚴(yán)重影響路面使用壽命和服務(wù)性能。根據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果,干線公路重載交通較大,下面層為豎向壓縮區(qū),主要承受壓應(yīng)力,為車轍主要發(fā)生的層位,因此要求瀝青面層具有較高的模量和抗車轍、抗疲勞性能。

根據(jù)復(fù)合增效劑作用機(jī)理,將復(fù)合增效劑添加到瀝青混合料中,以滿足高海拔地區(qū)公路長大縱坡和彎道較多時(shí),對(duì)瀝青路面的抗車轍以及剪切性能的要求。在研究復(fù)合增效劑作用機(jī)理的基礎(chǔ)上,分別采用高溫抗車轍性能試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn),研究瀝青混合料摻入復(fù)合增效劑后路用性能的變化。最后通過試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析復(fù)合增效型AC-20瀝青混合料路面抗車轍性能。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 作用機(jī)理

復(fù)合增效添加劑外觀為白色粉末狀固體,主要成分為高分子聚烯烴有機(jī)物。其提高混合料高溫抗車轍性能和降低施工溫度的作用原理,主要是通過調(diào)整瀝青組份和分子量分布來實(shí)現(xiàn)[1]。隨著溫度升高,添加劑有機(jī)物中的物質(zhì)通過吸附瀝青中飽和組分,溶解形成穩(wěn)定的溶液。能夠減少溶液離析,同時(shí)可以加速瀝青的熔化,從而使瀝青運(yùn)動(dòng)粘度降低[2]。隨著溫度降低,添加劑有機(jī)物在瀝青中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而達(dá)到鎖定瀝青中飽和組分。能夠增加瀝青的穩(wěn)定性,從而提升高溫抗車轍性能,從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合增效的功能[3]。復(fù)合增效劑的添加能夠顯著提高瀝青混合料高溫抗車轍性能。

復(fù)合增效劑的技術(shù)要求如表1所示。在使用過程中應(yīng)先對(duì)復(fù)合增效劑先進(jìn)行檢測(cè)[4],具體測(cè)試方法參照表1要求,同時(shí)應(yīng)保證各檢測(cè)指標(biāo)滿足技術(shù)要求。

表1 復(fù)合增效劑技術(shù)要求

1.2 復(fù)合增效劑對(duì)瀝青性能影響

通過選擇90#道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青,復(fù)合增效劑摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量百分比,研究不同摻量復(fù)合增效添加劑對(duì)瀝青膠結(jié)料性能影響。不同摻量復(fù)合增效添加劑的瀝青膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 不同復(fù)合增效劑摻量的瀝青技術(shù)指標(biāo)

在復(fù)合增效劑添加時(shí)先將基質(zhì)瀝青加熱到160～170 ℃,摻加預(yù)先選定劑量的復(fù)合增效劑,保持170 ℃剪切60 min。不同摻量復(fù)合增效劑對(duì)軟化點(diǎn)影響如圖1所示,不同摻量復(fù)合增效劑對(duì)黏度影響如圖2所示。

圖1 不同摻量復(fù)合增效劑對(duì)軟化點(diǎn)的影響

圖2 不同摻量復(fù)合增效劑對(duì)黏度的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可知:瀝青中摻入復(fù)合增效劑后,軟化點(diǎn)和60 ℃動(dòng)力黏度隨著摻量增加而上升,尤其是60 ℃動(dòng)力黏度提升效果顯著。但135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度隨摻量增加而略微下降。

瀝青膠結(jié)料摻入復(fù)合增效劑后,通過提高瀝青60 ℃黏度來進(jìn)一步提升瀝青混合料高溫抗車轍性能;同時(shí)由于瀝青高溫黏度降低,從而改善了瀝青混合料施工和易性。

1.3 復(fù)合增效瀝青AC-20混合料制備

本次配合比驗(yàn)證原材料為石料、瀝青、礦粉及復(fù)合增效劑,復(fù)合增效劑摻量為礦料質(zhì)量的0.3%,馬歇爾試驗(yàn)最佳油石比4.5%。根據(jù)規(guī)范要求,制備復(fù)合增效瀝青AC-20混合料,馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

為了評(píng)價(jià)摻加復(fù)合增效劑對(duì)AC-20瀝青混合料路用性能的影響,分別選擇制備的復(fù)合增效型AC-20混合料和90#石油瀝青AC-20混合料。針對(duì)兩種瀝青混合料,分別選擇高溫抗車轍試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)和低溫小梁彎曲試驗(yàn)[5],對(duì)混合料路用性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),研究復(fù)合增效劑對(duì)瀝青混合料的影響,并評(píng)價(jià)復(fù)合增效型瀝青混合料路用性能。

2 高溫性能分析

分別對(duì)不摻加復(fù)合增效劑以及摻加0.3%的復(fù)合增效劑瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)。動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

由試驗(yàn)結(jié)果可知,AC-20瀝青混合料摻加0.3%的復(fù)合增效劑后,動(dòng)穩(wěn)定度由不摻加的1 231次/mm增加到3 673次/mm,動(dòng)穩(wěn)定度提升了198%,高溫性能具有較大地提升。由此說明,復(fù)合增效劑的摻加能夠較大程度的提升瀝青混合料的高溫抗車轍性能。復(fù)合增效型瀝青混合料具有較好的高溫抗車轍性能,可以用于路面抗車轍性能提升方案中。

3 水穩(wěn)定性分析

針對(duì)瀝青混合料摻加復(fù)合增效劑后水穩(wěn)定性能變化情況,分別采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)[6],通過混合料的殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如表5、表6所示。

表5 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知,摻加復(fù)合增效劑后,其殘留穩(wěn)定度由84.7%提高到98.4%。凍融劈裂試驗(yàn)的TSR值也由85.1%提高到88.5%。由此說明,相較于普通瀝青混合料,摻加復(fù)合增效劑后,瀝青混合料的水穩(wěn)定性能有一定的提升。

4 低溫抗裂性分析

由試驗(yàn)結(jié)果可知:摻加復(fù)合增效劑后,能夠較大程度地提升瀝青混合料的高溫抗車轍性能。同時(shí)摻加復(fù)合增效劑后,瀝青混合料的水穩(wěn)定性能有一定的提升。但項(xiàng)目所在地對(duì)低溫抗裂性能同樣有特殊要求,因此通過室內(nèi)低溫彎曲試驗(yàn)分析復(fù)合增效劑對(duì)瀝青混合料的低溫性能影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 復(fù)合增效劑對(duì)混合料低溫性能的影響

按照我國瀝青路面氣候分區(qū),項(xiàng)目所在地屬于冬寒區(qū),普通瀝青混合料的破壞應(yīng)變宜不小于2 300 με。低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合增效劑瀝青混合料的低溫彎曲應(yīng)變滿足相關(guān)規(guī)范要求,在摻入0.3%的復(fù)合增效劑后,其低溫彎曲應(yīng)變略有降低,但仍高于應(yīng)變要求水平。

綜上所述:摻加復(fù)合增效劑后,能夠較大程度地提升瀝青混合料的高溫抗車轍性能。同時(shí)摻加復(fù)合增效劑后,瀝青混合料的水穩(wěn)定性能有一定的提升。而摻加復(fù)合增效劑對(duì)低溫性能影響略有降低,但仍高于技術(shù)要求。

5 試驗(yàn)段性能分析

本項(xiàng)目為四川西部高海拔地區(qū)省道216專項(xiàng)改造工程,考慮到重載交通抗車轍性能,通過復(fù)合增效型路面專項(xiàng)試驗(yàn)段鋪筑,驗(yàn)證復(fù)合增效型路面技術(shù)在高海拔地區(qū)干線公路的路用性能及可行性。試驗(yàn)段樁號(hào)為K89+522～K90+012(上行)、K89+522～K89+963(下行),總長度0.931 km。

5.1 施工溫度控制

由于高海地區(qū)溫差較大,瀝青混合料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)以及攤鋪過程中降溫較快。因此,高海拔地區(qū)瀝青路面施工各個(gè)階段的溫度控制是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵[7]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工過程控制情況,高寒高海拔地區(qū)復(fù)合增效型瀝青混合料的施工溫度控制范圍如表7所示。該地區(qū)出料溫度控制、瀝青混合料的攤鋪溫度和碾壓溫度都有別于現(xiàn)行規(guī)范的要求[8]。各階段溫度的控制盡量取高限,以保證后續(xù)工序的順利完成和路面的質(zhì)量。

表7 復(fù)合增效型瀝青混合料的施工溫度

瀝青混合料拌合時(shí)必須根據(jù)氣候條件控制好出料溫度。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),本次瀝青混合料生產(chǎn)過程中,瀝青加熱溫度控制為145 ℃左右,礦料加熱溫度控制住160 ℃左右。高海拔地區(qū)氣溫低,瀝青混合料降溫很快,碾壓時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)天的氣溫適時(shí)調(diào)整碾壓路段長度、壓路機(jī)和攤鋪機(jī)的距離。盡量防止瀝青混凝土路面攤鋪過程中因溫度散失過快,造成瀝青混合料難以壓實(shí)的問題?，F(xiàn)行規(guī)范要求,壓路機(jī)碾壓長度一般不超過60～80 m,盡量縮短碾壓長度。而針對(duì)高海拔地區(qū)氣候條件,應(yīng)根據(jù)當(dāng)天的氣溫適時(shí)調(diào)整碾壓長度,建議碾壓長度控制在20～40 m以內(nèi)。

碾壓溫度是壓實(shí)質(zhì)量控制的關(guān)鍵,直接決定路面成型的質(zhì)量。在試鋪現(xiàn)場(chǎng),隨機(jī)抽查了幾組碾壓溫度,初壓溫度在131 ℃左右,復(fù)壓溫度在117 ℃左右,滿足施工指導(dǎo)意見要求。

5.2 試驗(yàn)段性能驗(yàn)證

試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓完成后,按照規(guī)范要求制備車轍板試件。高溫抗車轍試驗(yàn)條件為60±1 ℃,0.7±0.05 MPa。通過瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)試驗(yàn)段復(fù)合增效AC-20高溫抗車轍性能。動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合增效AC-20混合料具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性能,試驗(yàn)段高溫性能指標(biāo)滿足指導(dǎo)意見要求。

為了驗(yàn)證瀝青混合料的抗水損害性能,采用4.5%的油石比進(jìn)行馬歇爾試件制備,并進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。試驗(yàn)結(jié)果表明其抗水損害性能良好,滿足規(guī)范要求。

表9 最佳油石比條件下浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)段設(shè)計(jì)厚度5 cm,通過取芯評(píng)定厚度和壓實(shí)度,試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表10 芯樣厚度及壓實(shí)度

根據(jù)芯樣厚度試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)段厚度單點(diǎn)值均滿足技術(shù)要求。試驗(yàn)段壓實(shí)度單點(diǎn)值均滿足技術(shù)要求。

從試驗(yàn)段鋪筑效果、壓實(shí)度、車轍穩(wěn)定度試驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果,復(fù)合增效型AC-20路面在干線公路專項(xiàng)改建工程中應(yīng)用效果較好,表現(xiàn)出良好的抗車轍路用性能和鋪面效果。

6 結(jié) 論

(1)瀝青膠結(jié)料摻入復(fù)合增效劑后,通過提高瀝青60 ℃粘度來進(jìn)一步提升瀝青混合料高溫抗車轍性能;同時(shí)由于瀝青高溫粘度降低,從而改善了瀝青混合料施工和易性。

(2)復(fù)合增效劑對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性有較大改善,而使低溫性能影響略有降低,但仍高于技術(shù)要求。

(3)試驗(yàn)段應(yīng)用表明:復(fù)合增效型AC-20路面具有良好的抗車轍路用性能和鋪面效果。