遼寧中部環線高速公路鐵本段高模量瀝青混凝土性能評價

李艷國

(遼寧省路橋建設集團有限公司 沈陽市 110021)

車轍病害是瀝青路面的主要病害之一，為提高瀝青路面的抗車轍性能，可以從路面結構、材料選擇、級配組成等方面進行改善和提高。目前，預防車轍病害產生的方法主要有：改善混合料的級配，如采用骨架密實型級配并選用多棱角、少針片狀含量的骨料；提高瀝青混合料的模量，如采用改性瀝青、添加纖維及抗車轍劑等。添加抗車轍劑是目前較為常用的一種抗車轍方法，通過提高瀝青混合料的模量從而起到抗車轍的效果。高模量瀝青混合料的應用不僅能夠顯著提高其高溫性能，同時也有助于抗水損害性能的提高。

1 項目概況

遼寧中部環線高速公路鐵嶺至本溪段屬新建項目，項目于2016年動工，起于鐵嶺市鐵嶺縣腰堡鎮北，與已建新民至鐵嶺段高速公路對接，終點設置高臺子樞紐互通立交與丹阜高速公路相接，路線全長118.971km。項目采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為80km/h，路基寬度24.5m。

遼寧中部環線高速公路鐵嶺至本溪段路面工程共分路面綜合4個標段，其中，路面合同三標中面層應用了高模量瀝青混合料技術，高模量外摻劑使用北京天成墾特萊(KPL)科技有限公司生產的抗車轍添加劑，鋪筑樁號K316+000～K349+900，長度為33.715km。路面結構為3.5cm SMA-13L上面層+4cm LAC-20中面層(高模量)+7cm LAC-25下面層+20cm水泥穩定碎石基層+20cm水泥穩定碎石底基層+15cm級配碎石墊層，中面層高模量外摻劑添加量為0.4% (占瀝青混合料的質量)。主要就抗車轍劑(KPL)在遼寧中部環線高速公路鐵本段的應用情況及路用性能進行了分析評價。

2 原材料

粗集料選用本溪明山區牛心臺鎮碎石廠產石灰巖石料，分為19～26.5mm、16～19mm、13.2～16mm、9.5～13.2mm 5檔；機制砂為自制，分為2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.075～1.18mm 3檔；礦粉選用本溪明山區牛心臺鎮碎石廠生產的石灰巖礦粉；瀝青選用中海瀝青(營口)有限責任公司生產的90#瀝青；檢驗結果均符合《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004及《遼寧中部環線高速公路鐵嶺至本溪段第三合同施工圖設計》的質量技術要求。

高模量外摻劑選用北京天成墾特萊科技股份有限公司產的抗車轍劑，墾特萊抗車轍劑是一種粒徑為3mm的固體顆粒物，顏色褐黑，可在常溫下保存。其作用機理：瀝青混合料拌和過程中加入抗車轍劑，通過剪切共聚共混，使抗車轍劑溶脹變軟，其與瀝青中的輕質組分發生作用，進行復合優化，促使抗車轍劑吸收瀝青輕質組分并相互溶解，提升瀝青中的重質組分比例，構成一種空間網格結構，包裹在集料表面。抗車轍劑在瀝青混合料中起到嵌擠和彈性恢復作用，從而提升瀝青混合料的模量，提高瀝青混合料的抗車轍性能。

3 配合比設計

高模量瀝青混合料應用層位為中面層，級配類型為LAC-20型，摻加KPL抗車轍劑的瀝青混合料設計方法與未摻加的瀝青混合料設計方法完全相同，采用標準馬歇爾設計方法。通過目標配合比設計、生產配合比設計、生產配合比驗證三個階段，確定瀝青混合料的級配和最佳油石比，經過設計確定最佳油石比為4.8%。LAC-20型混合料合成級配曲線如圖1所示。

圖1 LAC-20混合料合成級配曲線

4 高模量瀝青混合料性能評價

高模量瀝青混合料性能評價與普通瀝青混合料基本相同，即主要評價混合料的高溫穩定性能、低溫抗裂性能和水穩定性能。瀝青混合料的高溫穩定性能采用車轍試驗評價、低溫抗裂性能采用瀝青混合料彎曲試驗評價、水穩定性能采用凍融劈裂試驗評價，主要對比高模量瀝青混合料與普通瀝青混合料的性能變化規律，分析抗車轍劑對瀝青混合料性能的影響。

4.1 高溫穩定性

標準車轍試驗的試驗條件為：試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa，采用輪碾法成型車轍試件，試驗結果如圖2所示。

圖2 車轍試驗結果柱狀圖

由圖2可知：抗車轍劑(KPL)對瀝青混合料動穩定度的提高非常明顯，在基質瀝青混合料中摻加抗車轍劑后，其動穩定度成倍增長，60℃動穩定度可達到6000次·mm-1以上，動穩定度值大于SBS改性瀝青混合料的動穩定度，表明抗車轍劑的添加可有效提高瀝青混合料的高溫穩定性，且混合料的施工溫度要求也不高，一般出料溫度在165℃左右就可以正常施工。這主要與添加劑的作用機理和物理性能有關，KPL抗車轍劑添加在瀝青混合料中可大大地提高瀝青粘性，且KPL抗車轍劑的軟化點為138℃，在正常的施工拌和溫度下，抗車轍劑熔融并裹覆在礦料顆粒表面，形成較高強度的粘結，限制礦料之間的相互滑動，提高瀝青混合料的勁度模量，從而增強混合料的高溫抗車轍性能。

4.2 低溫抗裂性能

瀝青混合料的低溫抗裂性能采用低溫彎曲試驗評價，試件由車轍試件切割而成，尺寸為30mm×35mm×250mm，采用基本材料性能試驗儀測試，試驗溫度為-10℃±0.5℃、加載速率為50mm/min。通過對長方體小梁施加一定荷載，使小梁產生彎曲破壞，測定小梁在發生破壞瞬間的最大彎拉應變、彎拉強度來評價混合料的低溫抗裂性能。試驗結果如圖3所示。

(a)

(b)圖3 瀝青混合料的低溫彎曲試驗結果柱狀圖

由圖3可知：高模量瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應變值均介于基質瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料之間，在4‰摻量下，KPL抗車轍劑對瀝青混合料的低溫抗裂性能是有所改善的，但達不到改性瀝青混合料的低溫抗裂效果。KPL抗車轍劑的強度和模量均高于瀝青，而高強度、高模量的材料通常具有較低的斷裂韌度。雖然少量的KPL抗車轍劑對混合料的低溫抗裂性有一定程度的改善作用，但隨著摻量的增加，會導致混合料的低溫抗裂性能下降，甚至低于基質瀝青混合料的低溫性能。抗車轍劑的應用應考慮不同氣候分區對瀝青混合料低溫抗裂性能的技術要求。

4.3 水穩定性能

評價瀝青混合料水穩定性能的指標主要有浸水馬歇爾試驗的殘留穩定度和凍融劈裂試驗的凍融劈裂強度比。但凍融劈裂的試驗條件比浸水馬歇爾試驗要苛刻得多。凍融劈裂試驗是在規定條件下對馬歇爾試件進行凍融循環，進行真空飽水、冰凍和高溫水浴三個過程飽水，測定馬歇爾試件在水損害前后的劈裂抗拉強度，評價瀝青混合料的水穩定性。更能真實模擬瀝青混合料的水損害過程，更能有效地評價摻加抗車轍劑瀝青混合料的水穩定性能。采用凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩定性能，試驗結果如圖4所示。

圖4 凍融劈裂強度比柱狀圖

由圖4可知：KPL抗車轍劑對瀝青混合料的水穩定性有明顯的提高，具有很好的抗水損害能力。這主要由于KPL抗車轍劑在加熱拌和過程中軟化，體積膨脹，填充集料骨架中的空隙，降低了混合料的空隙率，使水不易進入混合料中，從而提高了瀝青混合料的水穩定性。

5 施工工藝

摻加KPL抗車轍劑的高模量瀝青混合料在生產、運輸、攤鋪、碾壓及開放交通方面與普通瀝青混合料基本相同，但在混合料拌制方面需要嚴格控制。遼寧中部環線高速公路鐵嶺至本溪段高模量瀝青混凝土中面層施工工藝為：采用兩臺攤鋪機聯合作業，攤鋪速度2.0～2.5m/min。高模量瀝青混合料攤鋪溫度不低于145℃，初壓溫度不低于135℃，復壓溫度不低于120℃，終壓溫度不低于80℃。

碾壓組合方式為：

初壓：用XD146光輪壓路機，緊跟碾壓，靜壓1遍，速度1.5～2km/h。

復壓：用XP301膠輪壓路機振壓2～3遍，速度3～4km/h。

終壓：用CC722雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍，速度3～4km/h。達到表面平整、密實無輪跡。

6 小結

(1)KPL抗車轍劑可有效提高瀝青混合料的高溫穩定性，60℃動穩定度可達到6000次.mm-1以上。

(2)KPL抗車轍劑在4‰摻量下對混合料的低溫抗裂性能是有所改善的，但達不到SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂效果。

(3)KPL抗車轍劑對瀝青混合料的水穩定性有明顯的提高，具有很好的抗水損害能力。

(4)摻加KPL的高模量瀝青混合料在生產、運輸、攤鋪、碾壓及開放交通方面與普通瀝青混合料基本相同，攤鋪溫度不低于145℃，初壓溫度不低于135℃，復壓溫度不低于120℃，終壓溫度不低于80℃。