高模量劑改性瀝青路面關鍵技術研究與應用

劉日東

摘要：高質量的復合改性瀝青能夠有效提高路面使用性能。通過改進傳統施工方法，本文采用橡塑柔性外摻劑作為高模量劑原材料，對瀝青進行改性以提高其穩定耐久性能，并對相關施工工藝的操作要點進行了總結。應用效果表明，高模量劑改性瀝青路面關鍵技術具有提高瀝青路面承重層抗高溫車轍、低溫抗裂和抗疲勞性能等特點，可有效延長路面維護周期。

關鍵詞：改性瀝青 橡塑柔性外摻劑 施工工藝 路用性能

Research and Application of High Modulus Agent Modified Asphalt Pavement

LIU Ridong1， 2

（1. Zhejiang Communications Construction Group Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Province， 310051 China; 2. ZCCC Jinzhu Transportation Construction Co.，Ltd. Zhejiang Province， 310051 China）

Abstract： High quality composite modified asphalt can effectively improve the performance of pavement. By improving the traditional construction method， this article uses rubber and plastic flexible admixture as the raw material of the high modulus agent to modify the asphalt to improve its stability and durability， and summarizes the operating points of the related construction technology. The application effect shows that the key technology of high modulus agent modified asphalt pavement has the characteristics of improving high temperature rutting resistance， low temperature crack resistance and fatigue resistance of the bearing layer of asphalt pavement， which can effectively extend the maintenance cycle of the pavement.

Key Words： Modified asphalt; Flexible rubber and plastic admixture; Construction technology; Road performance

通過向瀝青材料中摻加不同類型的外摻劑形成復合改性瀝青，可有效提升其自身性能，已廣泛應用于公路路面施工^[1]。隨著“十四五”規劃和交通強國戰略的發布，人們對高速公路的建設水平和工程質量提出了更高要求。傳統的復合改性瀝青無法滿足高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能等能力，導致瀝青路面出現早期破壞較多、抗滑性能衰減過快等現象^[2-4]。

目前，國內外對于復合改性瀝青的研究已經取得一定的進展，在延長道路使用壽命、抗疲勞、延緩反射裂縫以及降噪等方面均得到明顯的效果^[5-13]。但是，傳統意義上的復合改性瀝青仍存在些許不足。以最常見的橡膠改性瀝青為例，由于橡膠對瀝青高溫性能的改善程度弱于其對瀝青低溫性能的改善程度，導致所形成的瀝青路面修復周期較短，存在一定缺陷性。而且，傳統橡膠改性瀝青在高溫溶脹后形成的瀝青橡膠共混物溫度一般在190℃～218℃之間，具有穩定性差、存儲時間短等弊端，易造成施工過程中的能源浪費。此外，復合改性瀝青的配制往往需要借助特殊的生產設備，推廣應用成本較高。

基于上述問題，本文通過改進傳統施工方法，開展高模量劑改性瀝青路面關鍵技術研究與應用，以期能夠提高瀝青混合料的抗車轍、抗裂等路用性能，延長路面壽命，從而節約路面維護成本。

1 工程概況

平黎公路嘉善段改擴建工程路線總體為南北走向，起點位于嘉善與平湖交界處的界河，沿線經上跨越滬杭高速公路、下穿滬杭鐵路客運專線后上跨嘉善塘。爾后上跨滬昆鐵路、南星港、320國道、伍子塘，經干窯分離立交下穿申嘉湖高速公路、上跨紅旗塘并與西塘鎮南苑路平交，終點與西塘鎮嘉興綜合保稅區南北向主干道復興大道平交，路線總長度23.9km。

為了開展高模量劑改性瀝青路面關鍵技術研究，選取長度1.74km的試驗標段，路面結構形式如下：上面層為4cm的ARAC-13SBS改性瀝青混凝土，中面層為5cm的AC-16CSBS改性瀝青混凝土，下面層為6cm的AC-20C瀝青混凝土，基層和底基層均采用水泥穩定碎石。

2 工藝原理

如圖1所示，在對瀝青的改性過程中，由于高模量外摻劑的單元顆粒具有獨特的空腔狀表面結構，其改性作用原理主要包括三部分：一是瀝青與外摻劑之間組合形成了零散的聚合物晶體;二是在含有瀝青的灰漿與礦物性陣列之間形成了聚合體搭橋;三是添加劑成分與瀝青之間發生了一系列的物理化學交換作用?；诖?，通過高模量外摻劑對瀝青的改性，瀝青混凝土的高溫穩定性能、低溫抗裂性能、抗疲勞性能等得到顯著提高。本文中高模量外摻劑采用圖2所示的橡塑柔性劑材料。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

圖3為高模量外摻劑改性瀝青路面的施工工藝流程。根據車流量和車輛荷載實際情況，對重載車輛多和車流量大的區域的平交路口等易產生流變型車轍路段進行統計，確定需進行高模量劑改性瀝青修復的路段。對修復改造路段，挖除原有道路的結構層，加鋪水泥穩定碎石基層和高模量劑改性瀝青混凝土結構層。

制備結構層瀝青混合料，對拌合樓相關設備檢查無誤后，橡塑柔性劑等原材料就位備用。待礦料加熱后，按設計配合比加入不同集料并拌和一定時間，制備完成瀝青混凝土，并封閉運輸至現場?，F場攤鋪碾壓高模量劑改性瀝青，降低到一定溫度后可恢復道路交通。

3.2 操作要點

1 路況檢測和舊路挖除

根據實際車流量和車輛荷載情況，選取重載車輛多和車流量大的區域平交路口等易產生流變型車轍的路段作為統計對象，確定需進行高模量劑改性瀝青修復的路段。對修復改造路段，挖除原有道路的結構層，加鋪水泥穩定碎石基層和高模量劑改性瀝青混凝土結構層。

2 設備檢查

檢查高模量劑自動計量投料裝置的接線，清除干凈進料口，連接自動計量投料裝置的數據線與排合樓控制式，然后將橡塑柔性劑倒進料斗備用。

3 原材料準備

根據不同結構層功能所對應的瀝青改性方法，優化設計下面層的材料級配和配合比。高模量改性劑的摻加量根據實際需要確定，本工程所采用的摻加量為混合料質量的0.35%。瀝青混合料設計采用馬歇爾擊實法，本工程所采用的最佳油石比為3.78%。

4 瀝青混合料生產

首先將礦料加熱到180℃-185℃，隨后根據摻量設計要求，將抗車轍劑通過風送設備與粗集料一同加入到190℃-200℃的高溫集料中進行拌和。

集料的干拌時間一般不應短于25s，根據拌和站系統設置好的順序依次添加;在同步加入填料及改性瀝青后，改性瀝青的濕拌時間不應短于30s。拌和完成后，應檢查混合料瀝青是否包裹均勻，尤其不能出現花白料。改性劑投放如圖4所示。

5 瀝青混凝土的運輸

高模量改性劑瀝青混凝土的運輸可按照聚合物改性瀝青混凝土的要求進行，尤其要做好運輸過程中的密閉保溫性能。

6 現場攤鋪、碾壓

由于高模量劑改性瀝青混合料具有較強的內粘聚力，因此在攤鋪過程中應緊跟，保證混合料在較高溫度下進行施工，從而滿足壓實度要求。

本工程采用兩臺側邊安裝有反向螺旋的攤鋪機進行階梯攤鋪，可有效減少攤鋪過程中的混凝土離析現象。本工程所采用的攤鋪參數中，實際攤鋪速度控制在2.5m/min左右，振搗頻率5級。攤鋪表面整體應均勻密實，混合料攤鋪后立即進行碾壓，單次碾壓長度宜控制在50m-80m范圍內。圖5所示為現場高模量劑改性瀝青混凝土的攤鋪和碾壓情況，可見采用本文施工關鍵技術的攤鋪碾壓效果良好。

7 通行

當攤鋪后的路表溫度低于50℃時，可以恢復部分道路交通，其中載重車輛需24小時后才能準予通行。

4 結論

結合某試驗路段，本文系統開展了高模量劑改性瀝青路面關鍵技術研究與應用，主要結論有：

（1）本文關鍵技術具有提升瀝青路面承重層抗高溫車轍、抗低溫裂縫性能和耐久穩定性能等特點，適用于普通公路路面中易發生較大車轍病害的中下面層鋪筑和修復，對長大下坡、連續彎道、爬坡、軟基路段等特殊路況條件也可適用。

（2）在高溫條件下，高模量劑瀝青混合料改性劑能快速包裹在集料表面防止其發生離析，保證混合料道路表面的動穩定度一致。

（3）高模量劑改性瀝青混合料因其抗車轍性能衰減度較小，可有效提高其高溫抗車轍與高溫穩定性。

參考文獻

1. 閆晉華. 論改性瀝青施工技術于公路工程的應用[J]. 科技創新導報， 2013（13）：120.

2. 訾昌毓， 姚鴻儒， 李艷紅， 徐志勇， 張權， 趙榆林， 趙文波. 聚合物改性乳化瀝青的研究進展[J]. 化工新型材料， 2020， 48（01）：218-223.

3. 張海濤， 宮明陽， 楊斌， 楊洪生. 不同復合改性瀝青混合料路用性能的對比研究[J]. 公路交通科技， 2019， 36（02）：1-6.

4. 王淋， 郭乃勝， 溫彥凱， 李薇， 尤占平. 幾種改性瀝青疲勞破壞評價指標及性能研究[J]. 土木工程學報， 2020， 53（01）：118-128.

5. 張永輝. SBS改性瀝青和橡膠粉改性瀝青機理及路用性能研究[D]. 長安大學， 2015.

6. 劉國明. 共混膠粉改性瀝青性能及作用機理研究[D]. 西安科技大學， 2020.

7. 李壯壯. 天然橡膠改性瀝青性能的試驗研究[D]. 大連理工大學， 2020.

8. 董澤蛟， 周濤， 欒海， 楊晨， 王鵬， 冷真. SBS/橡膠粉復合改性SH型混合生物瀝青工藝及機理[J]. 中國公路學報， 2019， 32（04）：215-225.

9. 王小慶， 展洪斌. 差異改性瀝青路面的瀝青配合比設計及施工質量控制[J]. 科技創新導報， 2020， 17（14）：49-51.

10. 馬峰， 馮喬， 傅珍， 張耀. 不同級配復合改性瀝青混合料路用性能[J]. 廣西大學學報（自然科學版）， 2019， 44（01）：219-227.

11. 黃衛東， 鄭茂， 黃明. 溶解性膠粉改性瀝青混合料疲勞性能[J]. 同濟大學學報（自然科學版）， 2014， 42（10）：1543-1549.

12. 弓銳， 郭彥強， 徐鵬. SBS/SBR復合改性乳化瀝青的性能研究[J]. 中外公路， 2019， 39（01）：234-237.

13. 賈平虎. 纖維改性瀝青與瀝青混合料性能研究[J]. 武漢理工大學學報（交通科學與工程版）， 2018， 42（06）：997-1000.