NRP改性瀝青混合料路用性能評價及其實體工程應用

朱宏亮

（南京市公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇南京210000）

0 引言

與水泥路面相比，瀝青路面有著良好的舒適性、抗滑性，且施工完畢后可快速開放運營，已經(jīng)成為國省干道路面的主要組成形式。但瀝青材料具有一定的感溫性和黏彈特性，在一定的溫度和行車荷載作用下，容易發(fā)生橫向流動變形而產(chǎn)生車轍。隨著SBS 改性瀝青在國內(nèi)的應用逐漸深入，普通路面的車轍病害已經(jīng)基本得到解決，但在國省干線交叉口等苛刻工況下，瀝青路面要承受重型車輛頻繁的剎車、起步和蠕行荷載，車轍病害頻發(fā)，已經(jīng)成為最嚴重的病害類型。隨著對瀝青研究的深入和材料技術(shù)的進步，越來越多新材料被應用在瀝青路面領(lǐng)域，為苛刻工況下的瀝青路面車轍病害治理提供了新的思路，以SBS 和環(huán)氧材料復合制備得到的NRP（No-rutting-pavement）改性劑便是其中之一，以NRP 改性劑拌和得到的瀝青混合料具有良好的黏滯性能和較高的抗剪切變形能力，可以顯著改善抗永久變形能力，已經(jīng)在國內(nèi)多個車轍易發(fā)路段的瀝青路面中得到應用。為了對NRP 改性瀝青混合料的路用性能進行驗證，本文在室內(nèi)對其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損能力進行了詳細考察，并開展了實體工程的應用研究。

1 室內(nèi)研究

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用70#，主要技術(shù)指標見表1。

NRP 改性劑由國路高科（北京）工程技術(shù)研究院提供，主要技術(shù)指標見表2。

表2 NRP 改性劑技術(shù)指標

粗、細集料采用石灰?guī)r，主要技術(shù)指標見表3、表4。

表3 粗集料技術(shù)指標

表4 細集料技術(shù)指標

礦粉技術(shù)指標見表5。

表5 礦粉技術(shù)要求及實測結(jié)果

瀝青混合料采用AC-13 級配，合成級配通過率曲線，如圖1所示。

1.2 試驗方法

通常采用60℃條件下進行車轍試驗，通過試驗得到的動穩(wěn)定度指標評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但實踐證明，當材料具有特別優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性時，將會產(chǎn)生較大的系統(tǒng)誤差，在此情況下對于不同材料方案之間的區(qū)分度較差，因此《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)定，當車轍動穩(wěn)定度超過6000 次/mm 時，即為6000 次/mm。同時，60℃的試驗溫度也不符合我國中南地區(qū)夏季炎熱的氣候情況，相關(guān)研究顯示，測試溫度對車轍試驗結(jié)果影響較為顯著，隨著測試溫度的增加，動穩(wěn)定度呈現(xiàn)減小的趨勢[1]，因此，在進行苛刻工況瀝青混合料評價時，應選擇更高的試驗溫度，一方面提高檢測精度，另一方面提高不同材料方案之間的區(qū)分度。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，動穩(wěn)定度隨溫度的變化趨勢符合Boltzmann S 曲線，存在一個動穩(wěn)定度突然降低的突變點，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，AC20 和AC13 突變的拐點分別為71.95℃和69.60℃，當測試溫度達到或者超過此溫度時，車轍得到動穩(wěn)定度的誤差更小，區(qū)分度也更強。為了更加貼近工程實際，本文將車轍試驗溫度提高至70℃[2]。

NRP 改性瀝青混合料制備方法如下：

用烘箱將基質(zhì)瀝青及集料加熱至規(guī)定的控制溫度；

將既定摻量的NRP 改性劑和熱集料干拌60s；

加入預定用量的基質(zhì)瀝青拌和90s；

加入礦粉，再次拌和90s；

混合料拌制完畢后放入烘箱中短期老化2h；

短期老化后，將NRP 改性瀝青混合料從烘箱中取出，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的有關(guān)規(guī)定成型試件。

1.3 結(jié)果與討論

本文分別拌制不同NRP 改性劑摻量的瀝青混合料，采用70℃車轍試驗對其高溫抗永久變形能力進行評價，并與基質(zhì)瀝青、SBS 改性瀝青進行對比，優(yōu)選得到最佳NRP 摻量，參照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求，進行路用性能驗證，結(jié)果與討論如下。

1.3.1 NRP 摻量對高溫動穩(wěn)定度的影響

結(jié)合前期經(jīng)驗，考慮經(jīng)濟性，分別考察0.8%、1%、1.2%摻量NRP 對瀝青混合料高溫動穩(wěn)定度的影響，檢測指標見表6。

由表6 可以看出，不同材料方案之間的動穩(wěn)定度差別較為明顯，說明達到了增加區(qū)分度的目的，測試溫度選擇70℃具有良好的可行性。

表6 高溫動穩(wěn)定度檢測指標

與SBS 改性瀝青和基質(zhì)瀝青相比，NRP 改性瀝青混合料的高溫動穩(wěn)定度得到顯著改善，以1% 摻量NRP 為例，動穩(wěn)定度較SBS 改性瀝青提高了5.6 倍，較基質(zhì)瀝青提高了32.2 倍，這是因為NRP 中含有的環(huán)氧組分在高溫狀態(tài)下發(fā)生了化學交聯(lián)反應，形成了堅固的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制了瀝青混合料的橫向流動，高溫抗永久變形能力得到明顯提高，對于抵抗車轍病害具有積極意義。

可以發(fā)現(xiàn)，隨著NRP 摻量的增加，動穩(wěn)定度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，具有更加強大的抗車轍能力，但增加NRP 摻量將會帶來成本的增加，結(jié)合經(jīng)濟性，在國省干道平交口中，初選NRP 摻量為1.0%。

1.3.2 NRP 改性瀝青混合料性能評價

以1.0%摻量的NRP 改性劑，AC-13 級配，拌制瀝青混合料，進行馬歇爾、水穩(wěn)定性、低溫彎曲、飛散試驗，結(jié)果見表7。

表7 馬歇爾試驗結(jié)果

由表7 得出，以1.0%摻量制備的瀝青混合料各項性能指標均符合相關(guān)技術(shù)要求，說明，NRP 改性瀝青混合料在擁有良好的抗高溫永久變形能力的同時，還有著良好的強度、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗飛散掉粒能力，具備在實體工程應用的條件。

2 實體工程應用

為了進一步驗證NRP 改性瀝青混合料的性能，在S356 南京段所屬的部分重交通交叉口進行了工程應用，施工路段為K338+700～K341+000 的部分車轍嚴重路段，路面結(jié)構(gòu)采用6cmSUP-20+4cmSUP-13，NRP 添加量為混合料質(zhì)量的1%。

2.1 瀝青混合料拌和

NRP 改性劑的及時投放是能否成功實施的重要環(huán)節(jié)，在本實體工程匯中，為了提高生產(chǎn)效率，采用了預先分包、人工投料的方式，在加入后的10s 內(nèi)完成投料。

NRP 改性瀝青混合料拌和溫度應符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中改性瀝青混合料生產(chǎn)溫度的有關(guān)規(guī)定，具體要求見表8。

表8 NRP 改性瀝青混合料拌和溫度

NRP 改性瀝青混合料拌和完成后，外觀均勻一致，無花白料、無粗細料離析、無結(jié)團成塊等現(xiàn)象。

2.2 瀝青混合料運輸

由于NRP 改性瀝青混合料具有較大的黏度，為了獲得良好的和易性，便于攤鋪壓實，在混合料的運輸過程中，應注意采取保溫措施。在本實體工程中，首先在裝料時，將料車最大限度地滿載，防止因內(nèi)部空間過大造成的溫度降低；其次，料車外部采用棉被充分裹覆，防止熱量散失。

2.3 瀝青混合料攤鋪和壓實

瀝青混合料的攤鋪和壓實按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）執(zhí)行，現(xiàn)場配備攤鋪機1 臺、30t 膠輪壓路機1 臺、13t 鋼輪壓路機2 臺，具體工藝參數(shù)見表9、表10。

表9 碾壓工藝

表10 施工溫度要求

2.4 開放交通

碾壓完成后，使其自然冷卻，待混合料表面溫度低于50℃后，即可開放交通。

2.5 效果觀測

為了對NRP 改性瀝青混合料的抗車轍能力進行評價，在施工通車后，對施工路段進行效果觀測。結(jié)果顯示，NRP 無車轍瀝青路面路況良好，未發(fā)生車轍等流變變形類病害。

3 結(jié)語

根據(jù)室內(nèi)研究及實體工程應用，主要結(jié)論如下：

NRP 改性瀝青混合料高溫動穩(wěn)定度較SBS 改性瀝青提高5.6 倍，具有良好的高溫抗永久變形能力，應用在交叉口等特種交通路段可以較好地抵抗流動變形類病害。

除高溫性能優(yōu)異外，NRP 改性瀝青混合料低溫、水穩(wěn)定性、抗飛散等性能也符合相關(guān)技術(shù)要求。

實體工程應用結(jié)果顯示，NRP 改性技術(shù)施工簡單易行，服役1年后觀測發(fā)現(xiàn)，能夠較好地抵御車轍病害。