高膠改性ECA-10瀝青混合料的試驗研究及應用

毛新征， 周德寶， 陳國強， 曹元浩

(1.南京南部路橋建設(集團)有限公司，江蘇 南京 211300；2.江蘇道智公路科學研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

目前我國對道路的養護實施理念多以矯正性養護、按需養護為主，但常規大中修處理方案存在資金投入大、施工周期長、交通管制久等問題。一條道路在其前75%的使用壽命內性能僅下降40%的階段，其稱為預防性養護階段。研究發現，若整個路面壽命周期內進行3～4次的預防性養護可延長公路使用壽命10～15 a，節約養護費用45%～50%[1-5]。

國內外常用的預防性養護技術有霧封層、微表處、同步碎石封層和超薄罩面等技術，但上述封層和表處類技術壽命短、對病害處治能力弱，采用超薄磨耗層在這兩方面得到改善[6-8]。目前常用超薄磨耗層各有不足：SBS改性AC-10超薄罩面價格低、工藝簡單，但耐久性和抗滑能力不足；Novachip雖然路用性能優異，但卻需專業施工設備，造價高昂且對施工技術要求高[9-11]。

針對上述不足，課題組基于PG等級到達82～22的高膠瀝青，并采用抗車轍性能優異的骨架密實型ECA-10級配[12-13]，形成獨有的高膠超薄磨耗層技術，旨在提供一種高性能、低施工難度的徹底解決疲勞、溫度裂縫和輕微車轍病害的技術方案。本文將通過高膠改性ECA-10瀝青混合料的配合比設計、室內性能試驗、工程應用及現場檢測，探究本技術在預防性養護階段的工程適用性。

1 原材料性能及配合比設計

1.1 原材料性能

(1)瀝青：研究中所設計的SMA-10、AC-10級配的膠結料，均選用中國江蘇保利瀝青股份有限公司生產的SBS瀝青。

(2)高膠改性劑：性能檢測結果如表1所示。

表1 高膠改性劑檢測結果

(3)集料：粗集料選用玄武巖石料，細集料選用石灰巖石料，均符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)技術要求。

(4)填料：為石灰巖加工磨細得到的礦粉，符合規范(JTG F40-2004)的技術要求。

1.2 高膠改性瀝青性能

室內高膠改性瀝青制備采用濕法工藝，即將SBS改性瀝青質量10%的高膠改性劑加入到已加熱至流動狀態SBS改性瀝青中，并用高速剪切機保持轉速為5 000 r/min，剪切時間為90 min，便可使用。高膠改性瀝青和SBS改性瀝青的性能指標如表2所示。

根據表2可知，與高溫穩定性相關的軟化點、135 ℃布氏旋轉黏度和PG高溫等級等指標的檢測結果，均表明高膠改性瀝青優于SBS改性瀝青，尤其是60 ℃動力黏度，高膠改性瀝青大大超過SBS改性瀝青，反映高膠改性瀝青優秀的高溫抵抗永久變形能力。因此，高膠改性瀝青在高溫抗車轍性能方面優勢顯著，為適用超薄磨耗層的膠結材料。

表2 瀝青膠結料性能指標

1.3 配合比設計

ECA-10是通過在常規的4.75-9.50 mm篩之間增加6.70 mm的篩孔規格，且對5-10 mm粒徑石料要求6.70 mm篩孔通過率小于20%，以確保形成骨架密實結構的間斷級配形式，提高混合料的抗車轍性能。

ECA-10高膠改性的膠結料采用SBS改性瀝青+10%高膠改性劑，AC-10、SMA-10膠結料均采用SBS改性瀝青，并設置SBS改性EAC-10作為對比組，參考《超薄易密實瀝青混凝土(ECA)技術應用規范》(DB33/T 2118-2018)，進行配合比設計如表3所示。

表3 瀝青混合料級配設計(質量百分比) %

對比ECA-10與SMA-10級配設計，可知ECA-10級配通過增添6.70 mm篩孔，較大程度控制了6.70 mm以上粗集料的含量，且4.75 mm以上石料含量也高于SMA-10級配，形成了6.70 mm篩孔以上粗集料占比約60%的高摻量骨架密實結構，與SMA-10同屬于間斷級配形式，但其間斷級配的趨勢更加顯著，是ECA-10級配媲美甚至超過SMA-10級配高溫穩定性的保證。

2 室內試驗及結果分析

不同瀝青混合料的性能試驗結果如表4所示。

表4 瀝青混合料室內試驗結果

(1)高溫穩定性。由不同瀝青混合料動穩定度大小依次為：高膠改性ECA-10>SBS改性ECA-10>SBS改性SMA-10>SBS改性AC-10，說明ECA結構中更高的粗集料尤其是6.70 mm篩以上的粗集料摻量使其嵌鎖效果好于SMA-10結構，證明了ECA-10級配抗車轍性能更優異。

對于ECA-10級配而言，高膠改性的動穩定度高出SBS改性的3 252次/mm，進一步說明高膠瀝青高溫性能優于SBS改性瀝青。

(2)水穩定性。由浸水馬歇爾試驗可知，4種改性瀝青混合料的殘留穩定度均高于規范要求的85.0%，均展現了較好的水穩定性能，后期將會大大降低由于水的作用而導致瀝青的黏附性降低、瀝青路面產生坑槽等病害的發生概率，有助于延長道路的使用壽命。

(3)低溫抗裂性。通過中低溫小梁彎曲試驗的破壞應變指標，可知不同改性瀝青混合料的破壞應變大小依次為：SBS改性SMA-10>SBS改性ECA-10>SBS改性AC-10>高膠改性ECA-10，均滿足規范要求的2 800 με，說明都具備較好的低溫抗裂性能。雖然高膠改性ECA-10的破壞應變略小于SBS改性SMA-10，分析原因可能是ECA瀝青用量低于SMA，但影響很小，說明了高膠改性瀝青在低溫性能上不弱于SBS改性瀝青。

3 實體工程驗證

3.1 試驗段概況

依托南京南部路橋建設集團承建的高淳區縣道大中修工程施工項目晶定線K15+000—K15+500，開展高膠超薄磨耗層試驗，全長共計0.5 km，雙向兩車道，路面寬9.0 m，設計厚度為2.5 cm，施工面積為4 500 m2。現場工況如圖1～圖3所示。

圖1 高膠改性劑直投工藝 圖2 混合料碾壓 圖3 碾壓成型 圖4 ECA-10(左)、AC-13(右)取芯切割對比

3.2 施工工藝

試驗段采用ECA-10型高膠改性瀝青混合料，高膠改性劑摻加工藝為干法直投式，摻量為SBS改性瀝青質量的10%，油石比為5.4%。高膠改性劑加入拌和倉以后，首先要和礦料干拌，通過礦料揉擠實現分離高膠改性劑顆粒和均勻分布，干拌時間在10～15 s為宜，濕拌時間35～40 s，以拌合均勻不出花白料為準。具體生產溫度控制要求為：石料加熱溫度180～190 ℃，SBS改性瀝青溫度160～170 ℃，出料溫度175～185 ℃。

對于碾壓工藝而言，與普通路面施工相比，高膠瀝青混合料碾壓溫度應做適當提高，與普通橡膠瀝青混合料基本一致，具體要求見表5。

表5 高膠瀝青混合料現場攤鋪及碾壓溫度實測(平均值) ℃

3.3 現場檢測

不同瀝青混合料的現場取芯試樣見圖4所示。

每種混合料取樣三處現場檢測，數據取平均值，如表6所示。

表6 試驗路現場檢測結果

根據現場檢測結果，ECA-10高膠改性瀝青混凝土的檢測指標均優于AC-13且遠高于規范要求，說明了ECA-10高膠改性瀝青混凝土具備優異密水性能，且構造深度與擺式摩擦系數都表明ECA-10路面抗滑性能優于AC-13。

3.4 經濟性分析

以本次實施500 m試驗段為例，原設計全部銑刨瀝青層后重新加鋪AC-20和AC-13混合料；現計劃對裂縫等病害進行貼縫處理，局部嚴重病害路段進行銑刨并修補處理后，加鋪ECA-10高膠超薄磨耗層，計劃變更前后工程造價對比如表7、表8所示。現計劃瀝青層的銑刨體積僅為49.3 m3，瀝青混合料的銑刨工程量減少了83.7%，減少熱拌瀝青混合料約660 t，則原計劃總金額970 750.9元，現計劃節約總金額621 261.64元，采用ECA-10高膠超薄磨耗層后總造價比原計劃減少約63.9%。

表7 工程造價對比1

表8 工程造價對比2

4 結論

(1)高膠改性瀝青的高溫穩定性優于SBS改性瀝青，為適用超薄磨耗層的膠結材料。

(2)通過車轍試驗表明，采用SBS改性瀝青時，ECA-10的6.7 mm篩以上高摻量粗集料帶來的骨架嵌擠作用，在抗車轍性能方面，要優于SMA-10的瀝青馬蹄脂與粗集料嵌擠的共同作用。高膠改性ECA-10瀝青混合料比SBS改性SMA-10瀝青混合料的抗車轍性能更強的主要原因是摻加了高膠改性劑。

(3)ECA-10高膠超薄磨耗層的現場檢測指標高于SBS改性AC-13瀝青混凝土，表明其具備優異的抗滑、密水性能。

(4)經濟性分析表明ECA-10高膠超薄磨耗層技術能大幅度降低工程成本，具備廣闊的應用空間。