瀝青混合料抗車轍劑在重載交通改造中的應用

李信瓊

泥崗路位于深圳市北環快速和南環快速的腹心地段,是深圳市東西方向最主要的交通動脈,承擔著深圳市90%以上的大型貨車交通任務。近75%以上的大型貨廂車均經該路進入香港,據深圳市交管部門統計,該路段高峰期日交通流量達25萬次左右,其中貨車占80%以上。

大量文獻表明,就瀝青路面而言,通常面層表面下5 cm～10 cm是產生車轍的主要區域,這一區域正好位于中面層。另外,SHRP的研究成果認為:瀝青路面內部溫度比表面溫度還高,瀝青面層下2 cm處是路面溫度最高的地方。因此,如何提高路面的抗重載能力和高溫穩定性,是重載交通路段設計中面臨的主要課題。經試驗,泥崗路改造工程中在中面層AC-20瀝青混合料中采用外加抗車轍劑改性的方式進行改性,提高中面層的抗車轍能力。

1 作用機理

作用機理主要有以下四個方面:1)集料增粘作用。抗車轍劑拌和時首先與集料干拌,部分熔融于集料表面,提高了集料的粘結性,相當于對集料進行了預改性;2)瀝青改性作用。抗車轍劑在濕拌和運輸過程中,部分溶解或溶脹于瀝青中,形成膠結作用,從而達到提高軟化點溫度、增加粘度、降低熱敏性等瀝青改性的作用;3)纖維加筋作用。聚合物形成的微結晶區具有相當的勁度,在拌和過程中部分拉絲成塑料纖維,在集料骨架內搭橋交聯而形成纖維加筋作用;4)變形恢復作用。抗車轍劑的彈性成分在較高溫度時具有使路面的變形部分彈性恢復的功能,因而降低了成型瀝青路面的永久變形。

2 原材料和試驗方法

試驗礦料級配按AC-20(Ⅰ)配制,選用的材料為臺灣CPC70號重交通瀝青,深圳芙蓉石場破碎石灰巖碎石,博羅石粉廠生產的石灰石礦粉,機制砂選用輝綠巖,原材料的各項指標滿足JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范的要求。

表1 重交瀝青70號性能測試結果表

表2 粗集料性能測試結果表

具體性能試驗見表1～表4。

表3 細集料性能測試結果表

表4 礦粉指標及測定結果

3 配合比設計

混合料級配采用泥崗路改造工程中面層的AC-20瀝青混合料目標配比,級配曲線如圖1所示。

按照JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范熱拌瀝青混合料配合比設計方法,在拌合溫度為165℃,擊實溫度為150℃下,進行馬歇爾最佳瀝青用量設計試驗,確定AC-20瀝青混合料的最佳油石比為4.4%。在實際工程中,車轍王瀝青混合料抗車轍劑的摻量為0.3%(質量比),為進行試驗對比,實驗室采用了0.3%和0.5%兩個摻量,摻加0.3%和0.5%的瀝青混合料抗車轍劑的瀝青混合料的最佳油石比分別采用4.5%和4.6%。

4 路用性能測試

4.1 馬歇爾試驗

按照JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程的試驗方法對瀝青混合料的馬歇爾指標進行了測試,以分析摻加抗車轍劑對瀝青混合料體積指標的影響。

從試驗結果可以看出,摻加抗車轍劑后,瀝青混合料的各項體積指標都沒有很大變化,馬歇爾穩定度有比較明顯的增加。

4.2 水穩性檢驗

從試驗結果可以看出,摻加車轍劑對瀝青混合料的水穩定性有明顯提高,并且常規和浸水馬歇爾穩定度都高于空白樣。

4.3 高溫車轍性能

AC-20混合料試驗結果見表5,表6。

表5 AC-20混合料車轍試驗結果

表6 AC-20混合料凍融劈裂試驗結果

從上述試驗結果可以看出:1)摻加車轍劑對瀝青混合料的高溫穩定性有顯著的提高,摻加0.3%的抗車轍劑車轍動穩定度由空白樣的1 698次/mm提高到7 000次/mm以上,遠遠高于規范要求的3 000次/mm,因此實際工程中采用0.3%的摻量是合理的。2)摻加抗車轍劑后,瀝青混合料馬歇爾試驗的流值增大,這符合改性瀝青混合料的流值增大規律。3)瀝青混合料浸水48 h馬歇爾穩定度有顯著增大,殘留穩定度明顯提高,說明添加車轍王添加劑后,瀝青混合料的水穩定性得到明顯提高。4)馬歇爾試驗的穩定度在添加3‰車轍王添加劑后,明顯比空白樣得到提高。5)摻加車轍劑后,劈裂強度絕對值和凍融劈裂強度比都有所提高。

5 施工工藝控制措施

5.1 拌和

使用抗車轍劑需要適當提高集料加熱溫度和瀝青加熱溫度。一般情況下,摻加瀝青混合料添加劑后,石料加熱溫度為190℃～200℃,瀝青加熱溫度為160℃～170℃。拌和后混合料的溫度為170℃～185℃。

5.2 攤鋪、碾壓

將攤鋪機熨平板預熱到120℃左右,然后將瀝青混合料卸到受料斗內攤鋪,攤鋪速度一般為2 m/min～3 m/min,松鋪系數一般為1.15,攤鋪溫度為160℃～170℃。對于骨架密實型瀝青混合料,可以采用緊跟攤鋪機,采用緊跟慢壓工藝壓實,初壓溫度為160℃～170℃;對于懸浮密實型瀝青混合料,初壓溫度為150℃～160℃,初壓采用 12 t左右的鋼輪壓路機,靜壓1遍,然后用 26 t膠輪壓路機碾壓2遍,用12 t鋼輪振動壓路機振壓2遍,最后用12 t的鋼輪壓路機靜壓1遍,其終壓溫度不低于100℃。從施工現場情況看,摻加瀝青混合料抗車轍劑后,AC-20(Ⅰ)瀝青混合料在碾壓過程中沒有產生任何推移,施工控制基本上和改性AC-20的控制方法相一致,各種指標非常良好。

6 試驗檢測

6.1 馬歇爾試驗

拌和樓取樣馬歇爾試驗結果見表7。

表7 拌和樓取樣馬歇爾試驗結果

6.2 車轍試驗

拌和樓取樣車轍試驗結果見表8。

表8 拌和樓取樣車轍試驗結果

從取樣試驗結果可以看出,所得數據與試驗數據接近,證明抗車轍劑在拌和中能在瀝青混合料中分散均勻,并發揮相應的作用。泥崗路從通車至今近半年,從目前的路面使用情況看,經過高溫、暴雨多以及重載交通的作用,路面各項指標完全達到預期效果。

7 結語

1)摻加瀝青混合料抗車轍劑后,瀝青混合料的各項性能得到顯著提高,尤其是動穩定度提高的幅度較大,遠遠超過規范要求的3 000次/mm,這對于高溫,重載交通的路段具有很高的使用價值。2)摻和抗車轍劑后的瀝青混合料水穩定性有明顯改善,能夠在很大程度上提高瀝青路面的水損害。3)外摻瀝青混合料抗車轍劑施工工藝簡單,施工簡便,具有較高的實用價值。

[1] JTJ 036-98,公路改性瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 華南理工大學道路工程研究所.湖南臨長高速第六合同段瀝青路面早期破損試驗分析報告[R].2003.

[3] 湖南大學土木建筑工程檢測中心.臨長高速第六合同段瀝青路面調整與試驗報告[R].2003.