新型改性劑在道路交叉路口路面改造中的應(yīng)用

黃亞琴，徐　亞（.南通能達(dá)建設(shè)投資有限公司，江蘇南通6000；.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇南京004）

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新型改性劑在道路交叉路口路面改造中的應(yīng)用

黃亞琴1，徐亞2
（1.南通能達(dá)建設(shè)投資有限公司，江蘇南通216000；2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇南京210014）

摘要：城市道路主要病害是瀝青路面的車轍，也是導(dǎo)致路面平整度降低的主要原因，降低城市道路的使用壽命。以某路段交叉口瀝青路面改造工程為例，對3種改性劑瀝青混合料的路用性能及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析研究，選擇合適的改性劑，提高瀝青路面抗車轍性能，對解決路面車轍問題可以起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：車轍；改性劑；路用性能；瀝青混合料

城市道路的快速發(fā)展提高了車輛通行能力，但目前交通量的增加、重載超載車輛現(xiàn)象比例上升［1］。車轍指的是瀝青路面在車輛荷載重復(fù)作用下輪跡處下陷形成縱向帶狀凹槽，尤其是道路交叉口很容易造成車轍問題的發(fā)生。車輛在車轍嚴(yán)重的道路上行駛，會降低乘客的安全與舒適性，此外，車轍也會降低道路的使用壽命。

因此，研發(fā)新型改性瀝青混合料，延長道路使用年限是我們道路工作者的主要任務(wù)。以某路段交叉口瀝青路面改造工程為例，對新型改性瀝青混合料進(jìn)行路用性能研究，為交叉口路面改造工程設(shè)計提供理論依據(jù)。

1　改造工程交叉口瀝青路面改造方案

某路段沿線現(xiàn)狀幾處主要交叉口范圍內(nèi)均采用瀝青混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)形式為4 cmAC-16+6 cmAC-25+34 cm二灰碎石+20 cm二灰土，現(xiàn)狀交叉口范圍內(nèi)瀝青路面破損狀況較為嚴(yán)重，本次改造擬將原瀝青層完全銑刨，如原基層存在病害，則首先對基層病害進(jìn)行處治后再結(jié)合縱斷面設(shè)計及交叉口豎向設(shè)計，進(jìn)行結(jié)構(gòu)層加鋪，瀝青面層采用4 cm SMA-13（SBS）+8 cm AC-20C（摻改性劑），補強層或調(diào)平層采用水泥穩(wěn)定碎石，厚度根據(jù)高程設(shè)計確定。

瀝青下面層AC-20C均摻加改性劑，改性劑選用進(jìn)口產(chǎn)品以保證性能優(yōu)越、質(zhì)量穩(wěn)定，本文采用的改性劑包括德國產(chǎn)Lucobit 1210A、法國產(chǎn)PR Plast.s和德國產(chǎn)路孚8000。

2　試驗原材料及性能測定

2.1基質(zhì)瀝青

試驗所用瀝青為東海牌70#瀝青，其性能指標(biāo)見表1。

表1　基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)Tab. 1 Technical index of modified asphalt

2.2集料與礦粉

石灰?guī)r集料和石灰?guī)r礦粉為試驗中使用的填料，其性能指標(biāo)見表2。

表2　礦料的技術(shù)指標(biāo)Tab. 2 Technical index of mineral powder

2.3改性劑技術(shù)指標(biāo)

文中選用的改性劑包括德國產(chǎn)Lucobit 1210A，簡稱路可比、法國產(chǎn)PR Plast.s，簡稱PR、德國產(chǎn)路孚8000等，其性能指標(biāo)見表3。

表3　改性劑的技術(shù)性能指標(biāo)Tab. 3 Technical index of modifiers

3　瀝青混合料組成設(shè)計

3.1瀝青混合料的級配

瀝青路面下面層級通常采用AC-20C型密實級配，參照現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），表4是AC-20C混合料級配設(shè)計表。

表4　AC-20C級配設(shè)計表Tab. 4 Mixture gradation design of AC-20C

3.2最佳油石比的確定

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），最佳油石比的確定方法是馬歇爾實驗法［2］，根據(jù)表5 AC-20C基質(zhì)瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果，得出基質(zhì)瀝青混合料的最佳油石比OAC為4.4％。

表5　AC-20C基質(zhì)瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果Tab. 5 Marshall test results of AC-20C asphalt mixture

3.3改性瀝青混合料配合比設(shè)計

3.3.1路可比瀝青混合料油石比

根據(jù)公路的施工狀況［3］，路可比最佳摻量為瀝青摻量的7％。根據(jù)路可比有關(guān)說明材料，路可比可以等質(zhì)量的替換瀝青，即添加等質(zhì)量的路可比可替換等質(zhì)量的瀝青；因此，路可比質(zhì)量占瀝青質(zhì)量的7％，最佳油石比也為4.4％。

3.3.2PR及路孚8000瀝青混合料油石比

PR瀝青混合料中PR最佳摻量通常為混合料的0.4％，路孚8000瀝青混合料中路孚8000的最佳摻量通常為混合料的0.4％～0.6％；因此本文采用路孚8000的摻量取混合料的0.5％。

4　新型改性瀝青混合料路用性能研究

4.1高溫穩(wěn)定性

瀝青路面高溫穩(wěn)定性能最直觀地表示路面抵抗車轍性能的能力［4］，試驗結(jié)果見表6。

動穩(wěn)定度比：動穩(wěn)定度比為70℃動穩(wěn)定度與60℃動穩(wěn)定度的比值，動穩(wěn)定度比是體現(xiàn)混合料抗車轍性能有效指標(biāo)。

某一時刻的車轍深度R占試件厚度D的比例代表相對變形參數(shù)。

表6　瀝青混合料的高溫性能試驗結(jié)果Tab. 6 High-temperature performance test results of asphalt mixture

由表6可知：

1）由60℃動穩(wěn)定度試驗結(jié)果得出，摻加改性劑后瀝青混合料的動穩(wěn)定度由大到小的排序為70#+0.4％ PR瀝青混合料＞70#+0.5％路孚8000瀝青混合料＞70#+7％路可比瀝青混合料，均比SBS改性瀝青混合料有顯著的提升；

2）由動穩(wěn)定度比可知：摻加改性劑后瀝青混合料的動穩(wěn)定度比由大到小的排序為70#+7％路可比瀝青混合料＞70#+0.4％PR瀝青混合料＞70#+0.5％路孚8000瀝青混合料，摻入改性劑后，瀝青混合料具有較好的抵抗高溫車；

3）由相對變形參數(shù)可知：摻加改性劑后瀝青混合料的動穩(wěn)定度比由大到小的排序為70#+0.5％路孚8000瀝青混合料＞70#+0.4％PR瀝青混合料＞70#+7％路可比瀝青混合料，與前兩者試驗結(jié)果一致，摻入改性劑后，瀝青混合料具有較好的抵抗高溫車轍的能力。

綜合分析，摻入改性劑后，瀝青混合料的高溫性能70#+7％路可比瀝青混合料最佳，70#+0.4％PR瀝青混合料次之，70#+0.5％路孚8000瀝青混合料略差，均比SBS改性瀝青混合料有大幅度增加。

下面就改性劑的作用機(jī)理進(jìn)行研究分析。

改性劑的性能從某種程度來說不是材料的堆砌，而是產(chǎn)生了“1+1＞2”的整體效應(yīng)。本文通過高溫性能最佳的路可比瀝青混合料進(jìn)行ESEM圖像采集，如圖1所示。

改性劑的界面形式很復(fù)雜，包含在兩相之間過渡區(qū)域的三維界面相，界面相很薄，卻是極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。從微觀上看，改性劑中含有部分纖維，纖維與瀝青接觸的過程中，瀝青相擴(kuò)展到纖維相表面的坑凹之中，兩者接觸面積增大，表明纖維相和瀝青相之間的浸潤性很好，產(chǎn)生了有力的機(jī)械錨和作用，使兩相間更緊密的結(jié)合，從而提高了瀝青混合料的高溫性能。

圖1　纖維與瀝青界面微觀圖Fig.1 Micro-graph of fiber and asphalt interface

車轍的形成主要原因是瀝青混合料內(nèi)瀝青的塑形剪切流動，實際上瀝青混合料的車轍性能就是抗塑形剪切流動的性能［5］。

分析ESEM圖像采集試驗結(jié)果，3種改性劑中的聚合物含量均超過85％，改性劑中含有少量纖維，纖維分布在混合料內(nèi)，纖維網(wǎng)絡(luò)限制了瀝青的遷移，互相搭接形成網(wǎng)絡(luò)［6］，提高了瀝青混合料的整體穩(wěn)定性，高溫性能增強。

4.2低溫抗裂性

低溫縮裂通常是由于溫度一次下降而引起的瀝青面層收縮開裂，通常評價瀝青混合料的低溫性能使用低溫彎曲試驗［7］。表7為瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗結(jié)果。

表7　瀝青混合料低溫性能試驗結(jié)果Tab.7 Test results of low temperature of asphalt mixture

由表7試驗數(shù)據(jù)可以看出，改性劑加入瀝青混合料后瀝青混合料低溫性能70#+7％路可比瀝青混合料最佳，70#+0.5％路孚8000瀝青混合料次之，70#+0.4％PR瀝青混合料略差。

分析其原因，改性劑加入后，瀝青混合料的彎拉強度與破壞應(yīng)變有相應(yīng)的提高，改性瀝青混合料的低溫抗裂性能提高，與SBS改性瀝青混合料低溫性能處于同一水平。

4.3水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性指的是瀝青路面抵抗水損害能力。根據(jù)規(guī)范要求，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評判改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性的好與壞［8］。表8和表9是改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗的結(jié)果。

從試驗結(jié)果可以看出，瀝青混合料浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結(jié)果符合規(guī)范要求，3種改性劑的改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性相差不大，均比SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性優(yōu)異。

表8　瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果Tab.8 Water immersion Marshall test of asphalt mixture

表9　瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果Tab.9 Test results of freezing and thawing of asphalt mixture

分析其原因，從纖維的角度來分析，改性劑中纖維是有利于改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性。在改性瀝青混合料中會存在纖維膠漿，這是由于混合料中存在纖維與瀝青形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把瀝青混合料包裹的更加牢固，集料不會輕易被水剝落下來，瀝青與礦料之間的粘結(jié)力增強，提高混合料的水穩(wěn)定性。

5　經(jīng)濟(jì)效益分析

改性瀝青混合料作為一種能大幅度提高其高溫性能的新材料，還需將其他的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，從而全面分析其綜合性能。通過對改性劑的效益分析，找出最佳合理的改性劑作為某路段改造工程交叉口瀝青路面改造方案改性劑，表10為其瀝青膠結(jié)料費用對比分析表。

表10　瀝青膠結(jié)料費用對比分析表Tab.10 Cost comparison of asphalt binder

由表10分析可得，混合料相對SBS改性瀝青混合料增加比例為：70#+0.5％路孚8000瀝青混合料＞70#+0.4％PR瀝青混合料＞70#+7％路可比瀝青混合料，很明顯發(fā)現(xiàn)使用路孚8000改性劑后，瀝青混合料相對于SBS改性瀝青混合料有很大的增加，達(dá)到19.6％。而使用路可比、PR等改性劑增加比例不大，綜合性能及經(jīng)濟(jì)效益分析，建議采用路可比或PR改性劑。

6　結(jié)語

通過對某路段改造工程交叉口瀝青路面改造方案研究，對德國產(chǎn)Lucobit 1210A、法國產(chǎn)PR Plast.s、德國產(chǎn)路孚8000等改性劑進(jìn)行研究分析，得出如下結(jié)論：

1）高溫性能方面，瀝青混合料的高溫性能70#+7％路可比瀝青混合料最佳，70#+0.4％PR瀝青混合料次之，70#+0.5％路孚8000瀝青混合料略差，均比SBS改性瀝青混合料有大幅度增加；

2）低溫性能方面，低溫性能70#+7％路可比瀝青混合料最佳，70#+0.5％路孚8000瀝青混合料次之，70#+0.4％PR混合料略差；

3）水穩(wěn)定性能方面，3種摻加改性劑的瀝青混合料的水穩(wěn)定性相差不大；

4）改性劑混合料相對SBS改性瀝青混合料增加比例為70#+7％路可比瀝青混合料最佳，70#+0.4％PR瀝青混合料次之，70#+0.5％路孚8000瀝青混合料略差，綜合性能及經(jīng)濟(jì)效益分析，建議采用路可比或PR改性劑。

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（責(zé)任編輯劉棉玲）

Research on Application of New Modifier in Pavement Reconstruction of Road Intersection

Huang Yaqin1，Xu Ya2
（1. Nantong Energy Investment Co.，Ltd.，Nantong 216000，China；2. Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute CO.，LTD.，Nanjing 210014，China）

Abstract：Asphalt pavement rutting is the main disease of urban roads，which can reduce the pavement smoothness and shorten the service life of city roads. This paper，taking the pavement reconstruction project of a road intersection as an example，analyzed the road performance and economic benefits of three kinds of modified asphalt mixture. It maintains that the use of suitable modifiers can improve the anti-rutting performance of asphalt pavement，which plays a key role in solving the pavement rutting problem.

Key words：rut；modifier；road performance；asphalt mixture

中圖分類號：U416

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1005-0523（2016）02-0042-07

收稿日期：2015－10-19

基金項目：江蘇省交通科學(xué)研究計劃項目（2012Y07-3）

作者簡介：黃亞琴（1981—），女，工程師，碩士，研究方向為路面新材料。