USP溫拌瀝青在若民高速且末段的路用性能研究

鄭康瑜，朱玉璽，王英凱，帥志凱

（中鐵三局集團第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 引言

熱拌瀝青混合料（HMA）的生產、攤鋪過程中會消耗大量燃料并釋放大量的有毒氣體（VOC）和溫室氣體（GHG），不僅極大地浪費了不可再生資源，還嚴重損害了作業人員的身體健康，促使全球溫室效應加快[1-3]。熱拌瀝青混合料對環境溫度有嚴格要求，若環境溫度過低，HMA的溫度就會迅速下降，導致攤鋪時瀝青混合料的溫度過低，進而導致混合料的空隙率不符合設計要求，嚴重影響路面的使用性能[4]。

新疆在我國西部大開發戰略中占有重要地位，與我國東部相比，雖然新疆疆域遼闊，但是公路交通占比較小，極大地限制了新疆貨物運輸能力、人員往來。為加強新疆人民交流和貨物運輸，大力發展公路建設是主流趨勢。12 月初新疆且末地區溫度已經較低，依據規范已不適合熱拌瀝青混合料施工。USP 是一種瀝青溫拌添加劑，它不僅可以降低施工溫度，使瀝青混合料在較低溫度下可以施工，還可以減少有害氣體排放[5-7]。為了滿足施工條件，并遵循國家節能減排的倡議，將USP 添加劑加入瀝青中制成USP 溫拌瀝青混合料，進行溫拌瀝青混合料施工。本文研究了USP瀝青混合料在下面層的路用性能，供業界參考。

2 原材料

2.1 瀝青

選擇新疆克拉瑪依90#A級瀝青，性能滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[8]的要求。選擇新疆克拉瑪依瀝青不僅因為其具有優良的性能，還因為施工項目位于新疆，采用該瀝青會縮短運輸距離，減少運費。

2.2 集料

集料產自當地的三十八團沉沙池西料場，其性能測試結果見表1、表2。

表1 粗集料檢測結果

表2 細集料檢測結果

2.3 USP添加劑

USP添加劑是一種新型材料，不僅可以降低瀝青混合料的生產拌和溫度，還可以提高其路用性能。將USP添加劑加入瀝青中能使瀝青分子斷裂，從而降低瀝青的粘度；當USP瀝青混合料攤鋪到路面中時，隨著時間的推移，在大氣、陽光、溫度等環境作用下，瀝青分子的斷鏈又重新連接，增加了瀝青分子量，并且USP中的活性組分能與集料中的硅酸鹽等物質發生類似絡合反應的化學改性過程，增強了瀝青與集料之間的粘附性，USP溫拌瀝青混合料的強度會逐漸增加[5-7]。根據USP添加劑摻量的不同，可以將USP 添加劑分為溫拌劑和改性劑。當USP劑量在6%～8%時為改性劑，可極大提高路面的抗水損害能力，高溫性能和其他路面性能也得到了提高；當USP添加劑摻量為3%～5%時為溫拌劑，其加入瀝青混合料后混合料性能與其它溫拌瀝青混合料性能相比，高溫性能和抗水損害能力有所提高。

2.4 USP溫拌瀝青

試驗室中USP溫拌瀝青的制備是將4%USP溫拌劑（表3）加入基質瀝青中，均勻攪拌得到，其性能見表4。

表3 USP溫拌劑檢測指標

表4 USP溫拌瀝青檢測結果

3 混合料設計及性能評價

3.1 混合料配合比設計

從三十八團沉沙池西料場取回集料，對其篩分、烘干進行目標配合比設計，最終確定若民高速且末段USP溫拌瀝青試驗段下面層AC-25C 施工集料比為（22～28）mm：（11～22）mm：（6～11）mm：（3～6）mm：（0～3）mm：礦粉=19：22：23：11：22：3，油石比為3.9%，USP 溫拌劑摻量為4%。表5為目標級配設計，表6為USP溫拌瀝青混合料馬歇爾指標參數。

表5 目標級配設計

表6 USP溫拌瀝青混合料馬歇爾指標

3.2 生產配合比驗證

目標配合比中的集料需在試驗室中進行篩分和烘干，然后進行配合比設計，使用這種方法設計出來的配合比生產出的混合料性能與實際拌合樓中生產出的混合料性能并不完全一致。因為在拌合樓中從冷料輸送、篩分，到得到熱料，熱料輸送過程中變量無法精準控制，導致進入拌鍋中的熱料與試驗室中烘箱中的集料級配不同[9]。為了保證生產配合比生產的瀝青混合料性能與試驗室中得到的瀝青混合料性能大致相同，滿足工程實際的需要，取拌合樓中生產的USP溫拌瀝青混合料，在試驗室進行高溫性能和水穩性能試驗，對生產配合比進行驗證，保證其路用性能。

3.2.1 高溫性能

依據規范[8]，對USP 溫拌料進行車轍試驗，試驗結果見表7。

表7 車轍試驗結果

由表7 可知，變異系數為11%，小于規范要求的20%，三次試驗結果和其平均值均大于規范要求（≥1000 次），三個值均可作為試驗結果，表明其在較高溫度下，路面經車輪碾壓時變形很小，即路面在夏季仍具有很好的抵抗車轍病害的性能。

3.2.2 水穩定性

依據規范[8]中T 0709-2011 和T 0729-2000，對USP溫拌瀝青混合料進行試驗，結果見表8、表9。

由表8、表9 可知，殘留穩定度為82.7%，凍融劈裂強度比為80.0%，均滿足規范要求，USP 溫拌瀝青混合料的水穩定性能較好。

表8 浸水馬歇爾試驗結果

表9 凍融劈裂試驗結果

4 工程應用研究

在若民高速且末段進行了粗粒式USP溫拌瀝青混合料AC-25C 下面層試驗段的施工。試驗段在里程為K1899+000～K1899+500（左幅）處進行攤鋪，其攤鋪長度為500m，寬度為11.35m，壓實厚度為7cm。壓路機具體數值及施工參數見表10。

表10 壓路機速度和施工碾壓遍數

由表10 可知，三種膠輪壓實遍數下壓實度均滿足規范要求[10]，膠輪碾壓4 遍比膠輪碾壓5 遍的壓實度有所降低；碾壓6 遍與碾壓5 遍相比，壓實度有所降低。雖然碾壓5遍壓實度較好，但碾壓4遍時路面壓實度已滿足要求。綜合考慮經濟要求，最終選定膠輪碾壓4遍作為實際施工中膠輪碾壓次數。

試驗段設計的松鋪厚度為8.4cm，壓實厚度為7cm，松鋪系數為1.2，在試驗段瀝青下面層壓實過程中，實時測量松鋪厚度及壓實厚度，統計見表11。

5 結語

本文主要對USP 溫拌瀝青性能、配合比設計和目標配合比驗證進行試驗研究，保證了若民高速且末段USP溫拌瀝青混合料下面層試驗段的順利實施，得出如下結論：

表11 松鋪系數

①對4%USP 溫拌瀝青常規性能檢測，其三大指標滿足規范需求，可將該瀝青用于工程使用。

②對USP 溫拌瀝青混合料進行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，動穩定度為2354 次/mm，殘留穩定度和凍融劈裂強度比分別為82.7%和80.0%，均滿足規范要求，USP溫拌瀝青混合料的高溫性能和水穩性能較好。

③從室內試驗、試驗段施工檢測結果來看，試驗段的整體效果較好。