不同瀝青改性劑在農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用研究

摘要：文章以某農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程為例，針對4種不同改性劑（Budunsel、SBS、PRCR、PRS）瀝青混合料進(jìn)行了高溫抗車轍性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性對比分析。結(jié)果表明：（1）PRS改性劑對瀝青混合料的高溫抗車轍性和低溫抗裂性改善效果最為顯著;（2）Budunsel改性劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性改善效果明顯，而PRS和PRCR也能有效增強(qiáng)瀝青混合料的水穩(wěn)定性;（3）PRS瀝青混合料有高強(qiáng)、高黏以及高韌的優(yōu)點(diǎn)，且PRS改性瀝青混合料的綜合成本最低，故在農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程中具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：瀝青改性劑;公路養(yǎng)護(hù);Budunsel;SBS;PRCR;PRS

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：U418.4-A-05-014-3

0 引言

隨著我國交通建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，全國農(nóng)村公路“村村通”的目標(biāo)已基本完成，使得農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到有利的發(fā)展[1-2]。截至2019年年底，我國現(xiàn)有公路里程數(shù)已達(dá)到500多萬 km，其中農(nóng)村公路總里程數(shù)占比高達(dá)80%以上。大部分農(nóng)村公路存在交通流量較大、服役時間過長和管理養(yǎng)護(hù)不完善等現(xiàn)狀，常常發(fā)生交通堵塞、中斷等問題，不僅給農(nóng)村公路運(yùn)營安全造成較大影響，還嚴(yán)重束縛了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)逐漸成為我國公路行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注課題[3-4]。

近年來，國內(nèi)公路行業(yè)工作者在公路養(yǎng)護(hù)方面進(jìn)行了大量的研究，如劉智勇[5]以某省道養(yǎng)護(hù)工程為實(shí)例，針對不同瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行了對比研究;吳海燕[6]以西北地區(qū)某瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程為背景，研究了同步碎石封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)的施工工藝及要點(diǎn);孫會平[7]以撫順市某城市主干路養(yǎng)護(hù)工程為例，對比分析了PRCR和SBS改性瀝青混合料在城市道路養(yǎng)護(hù)效果。本文以某農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程為例，針對4種不同改性劑瀝青混合料展開了高溫抗車轍性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性分析，優(yōu)選出適合農(nóng)村公路的養(yǎng)護(hù)材料，以期為農(nóng)村公路的養(yǎng)護(hù)工作提供參考與借鑒。

1 工程背景

依托某農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程為背景，該公路總長為9.16 km，路面寬度為6 m，原路面面層采用10 cm的普通瀝青混凝土，由于交通流量和重載貨車較多，且服役時間較長，使得部分路段現(xiàn)狀路面產(chǎn)生了大量的網(wǎng)裂、車轍等病害，給道路營運(yùn)安全帶來嚴(yán)重的影響。通過檢測發(fā)現(xiàn)該農(nóng)村公路僅面層損壞較為嚴(yán)重，而基層結(jié)構(gòu)仍然完好，因此管養(yǎng)單位決定將原路面上面層4 cm瀝青混凝土銑刨掉并重新罩面處理。本文結(jié)合該農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程的試驗(yàn)路段研究，分別用Budunsel、SBS、PRS和PRCR 4種瀝青改性劑材料鋪設(shè)試驗(yàn)路段，研究不同瀝青改性劑對路用性能的改善效果，試驗(yàn)路段樁號及改性材料如表1所示。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計

2.1 原材料

（1）瀝青：選用普通70#基質(zhì)瀝青，各項技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

（2）集料：粗集料選用公稱粒徑為5～10 mm、10～15 mm的石灰?guī)r碎石;細(xì)集料選用公稱粒徑為0～3 mm的石灰?guī)r碎石，各項性能檢測結(jié)果如表3所示。

（3）添加劑：選用印度尼西亞布敦島生產(chǎn)的Budunsel瀝青混合料添加劑;四川巴陵生產(chǎn)的SBS瀝青改性劑;法國中央路橋?qū)嶒?yàn)室（LCPC）和法國PRINDUSTRIE有限公司共同研制的PRS抗車轍劑;法國某公司生產(chǎn)的PRCR全效高性能添加劑。

2.2 試驗(yàn)方案

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG F20-2011）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合以往研究經(jīng)驗(yàn)[8]，確定了Budunsel添加劑的摻量為改性后瀝青用量的3%，SBS改性劑為4%，RPRS、PRC添加劑的摻量則均為0.3%。礦料采用AC-13型級配結(jié)構(gòu)設(shè)計如表4所示，分別將4種改性瀝青混合料鋪設(shè)于試驗(yàn)路段，通過采用車轍試驗(yàn)、小梁低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)來評價瀝青混合料的路用性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫性能一般采用車轍試驗(yàn)中的動穩(wěn)定度指標(biāo)來表征。通過對不同改性劑瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，4種改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均達(dá)到了規(guī)范技術(shù)要求（≥2 400次/mm），其動穩(wěn)定度值大小依次為：PRS>Budunsel>PRCR>SBS;其中Budunsel、SBS和PRCR的動穩(wěn)定度分別為3 521次/mm、3 255次/mm、3 307次/mm，表明上述三種改性劑動穩(wěn)定度值相差較小，其對瀝青混合料抗車轍性能改善效果較好;而PRS的動穩(wěn)定度為4 912次/mm，較另外三種改性劑分別提高了39.5%、50.9%、48.5%，說明PRS改性劑在高溫環(huán)境下可有效控制瀝青混合料的變形，即能夠顯著改善瀝青混合料的抗車轍性能，因此其高溫穩(wěn)定性出現(xiàn)明顯增強(qiáng)。

3.2 低溫抗裂性

通過將4種改性劑瀝青混合料進(jìn)行小梁低溫彎曲試驗(yàn)，得到破壞應(yīng)變結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，Budunsel、SBS、PRS和PRCR4種改性瀝青混合料的破壞應(yīng)變均達(dá)到了規(guī)范技術(shù)要求，破壞應(yīng)變值大小依次為：PRS>Budunsel>PRCR>SBS。各改性劑的破壞應(yīng)變值分別為3 610 με、2 896 με、4 636 με、3 367 με，其中僅SBS改性瀝青混合料的破壞應(yīng)變略高于規(guī)范值2 800 με，而其余改性劑均超過3 000 με，說明SBS改性劑對低溫抗裂性能的改善效果相對較差;PRS改性劑的破壞應(yīng)變值最大，分別為Budunsel、SBS、PRCR改性劑的1.28、1.6、1.38倍，說明PRS改性劑能夠有效改善瀝青混合料的低溫抗裂能力。

3.3 水穩(wěn)定性

以浸水馬歇爾試驗(yàn)中的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)中的殘留強(qiáng)度比兩個指標(biāo)來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。通過分別對不同改性劑瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，不同改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都達(dá)到規(guī)范技術(shù)要求（≥85 kN），說明其對水穩(wěn)定性能均有所改善。通過對4種改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Budunsel對水穩(wěn)定性能改善效果最好，達(dá)到了規(guī)范技術(shù)要求的1.09倍;PRS對水穩(wěn)定性能改善效果次之，約為規(guī)范的1.06倍;SBS對水穩(wěn)定性能改善效果較差，僅為規(guī)范的1.01倍。

由圖4可知，Budunsel、SBS、PRS和PRCR4種改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比同樣均達(dá)到了規(guī)范技術(shù)要求，其殘留強(qiáng)度比從大到小依次為PRCR>Budunsel>PRS>SBS，其中SBS的殘留強(qiáng)度比為85.6%，說明SBS對水穩(wěn)定性能改善效果較差，而Budunsel、PRS和PRCR的殘留強(qiáng)度比分別為91.2%、90.7%、93.5%，三者的殘留強(qiáng)度比均超過了90%，說明其對瀝青混合料的水穩(wěn)定性能改善效果較好。綜合浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)可知，4種改性劑中Budunsel對瀝青混合料水穩(wěn)定性改善效果最佳，PRS和PRCR對水穩(wěn)定性改善效果較好，而SBS則表現(xiàn)為略差。

3.4 經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)上述高溫穩(wěn)定性、低溫抗車轍性及水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果可知，4種瀝青改性劑中PRS最具良好的路用性能優(yōu)勢，但在實(shí)際農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程中還需考慮施工成本，通過進(jìn)一步對4種改性瀝青混合料的費(fèi)用組成進(jìn)行計算對比，得到其費(fèi)用組成數(shù)據(jù)如后頁表5所示。

由表5可知，在瀝青混合料中不同改性劑的用量從大到小依次為：SBS>Budunsel>PRS=PRCR，其中Budunsel改性劑單位成本最低，價格為5 800元/t;SBS改性劑次之，價格為15 600元/t;PRS和PRCR兩種改性劑的成本則最高，均為16 500元/t。通過對4種改性瀝青混合料進(jìn)行綜合計算，得到Budunsel瀝青混合料的綜合成本為2 974元/t，SBS瀝青混合料成本為3 424元/t，PRS和PRCR瀝青混合料成本均為2 850元/t，其中Budunsel瀝青混合料較PRS貴了124元/t，而SBS則較PRS貴了574元/t。通過綜合4種瀝青混合料的路用性能及經(jīng)濟(jì)性考慮，認(rèn)為PRS改性劑具有較大的優(yōu)勢應(yīng)用于農(nóng)村公路工程的養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語

本文以某農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程為研究背景，分別對4種不同改性瀝青混合料進(jìn)行了路用性能與經(jīng)濟(jì)性計算分析，得出以下結(jié)論：

（1）各改性瀝青混合料中PRS改性瀝青混合料的高溫抗車轍性最佳，SBS改性瀝青混合料的高溫抗車轍性則較弱。

（2）PRS較其余3種瀝青改性劑，更能有效增強(qiáng)瀝青混合料的低溫抗裂性。

（3）不同改性劑中Budunsel對瀝青混合料的水穩(wěn)定性改善效果最好，PRS和PRCR也可有效改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

（4）PRS和PRCR改性瀝青混合料綜合成本最低，通過綜合路用性能考慮，認(rèn)為PRS瀝青混合料有高強(qiáng)、高黏以及高韌的優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)工程中具有良好的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2021-03-18

作者簡介：韋美質(zhì)（1978—），工程師，主要從事公路橋梁方面相關(guān)工作。