BRA改性瀝青路面施工工藝研究

蔡永清

（江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇南京 210049）

0 引言

截至2021年底，江蘇省高速公路通車里程已達5023km，而其中車轍深度超過10mm 的路段已超過1000km，由此可見，高速公路的維護迫在眉睫[1]。天然巖瀝青是經過億萬年的壓力、細菌、氧化等作用生成的瀝青類物質[2]。巖瀝青的軟化點超過300℃，基質瀝青添加巖瀝青后，可以提升抗高溫、抗老化性能[3]。瀝青混合料中添加巖瀝青，可以實現瀝青改性，讓瀝青膠漿、瀝青混合料擁有良好的性能[4]。本文依靠江蘇省高速公路養護改造，采用價格較低的天然巖瀝青作為改性劑，結合定制化的理念，對瀝青混合料性能進行改性，設計了BRAC-20 及BRMA-13 混合料并通過現場實施，研究了BRA 改性瀝青路面的施工工藝，改善了瀝青路面的養護質量，減少了施工中的溫室氣體排放，對延長瀝青路面使用壽命具有重要意義。

1 BRA 混合料初步設計

1.1 BRAC-20 混合料設計

與一般巖瀝青相比，BRA 中灰分含量約75%，將BRA 作為改性劑時，需提高其摻量。本文提出了定制化的設計理念，在AC-20 瀝青混合料中摻加BRA，稱之為BRAC-20 混合料。BRA 中瀝青組分作為膠結料，灰分替代礦粉使用，并減少新摻加瀝青和礦粉量。

1.1.1 原材料

BRAC-20 混合料所使用的主要原材料為：石灰巖集料和礦粉；膠結料選用70#基質瀝青或者SBS 改性瀝青，相對密度為1.042；巖瀝青選擇75%灰分含量的BRA，摻量為礦料質量的3%。

1.1.2 初選級配

首先根據集料的篩分結果選出粗、中、細三個級配，然后根據實際應用確定油石比，分別制作馬歇爾試件，獲取體積指標，根據結果初選出滿足要求的級配。

1.1.3 試驗級配評價

根據往年AC-20 的實際工程應用，油石比選擇4.5%，雙面各擊實75 次成型馬歇爾試件。

1.1.4 最佳油石比的確定

配料按照設計礦料比例，馬歇爾試驗采用五種油石比進行。結果顯示試件的毛體積相對密度未出現最大值，故假設4.5%空隙率對應的油石比為4.45%。由試驗結果得出符合要求的油石比范圍為4.5%～4.74%，中值和平均值分別為4.61%、4.53%，根據以往設計經驗選定最佳油石比為4.5%，取3.7%為新添加瀝青油石比。

1.1.5 設計結果

根據試驗結果，選擇礦料1#∶礦料2#∶礦料3#∶礦粉=37.5%∶36%∶25.5%∶1%，新添加瀝青油石比為3.7%，換算總油石比為4.5%。

1.2 BRMA-13 混合料設計

為了充分發揮BRA 的性能特點，拓展應用范圍，本文在中面層連續級配BRAC-20 混合料的研究基礎上，結合定制化的設計理念，開展了上面層間斷級配BRMA-13 瀝青混合料的設計研究。級配組成需要進行調整。

1.2.1 原材料

BRMA-13 混合料所使用的主要原材料為玄武巖集料和石灰巖礦粉，膠結料選用SBS 改性瀝青，添加劑選用BRA，摻量為礦料質量的4%，由于BRA 的穩定作用好，所以混合料中無須添加纖維類穩定劑。

1.2.2 配合比設計

BRMA-13 混合料確定級配A、級配B 及級配C，測出三種級配的VCADRC，選5% 為初試總油石比，雙面各擊實75 次制作成型馬歇爾試件，測定VCAmix，試驗結果得出級配B、C 體積指標滿足要求，依照以往工程經驗選擇級配B 為設計級配。

選擇礦料比例為1#∶2#∶3#∶礦粉=42%∶32%∶17%∶9%，選擇新加SBS 改性瀝青設計油石比為4%，總油石比為5%。

2 BRA 混合料施工工藝

2.1 BRAC-20 施工工藝

2.1.1 BRAC-20 混合料拌和

生產設備選擇MARINI-4000 型間歇式拌和樓，計算機控制全部流程，能夠進行逐盤打印生產記錄，拌和樓加熱系統采用重油為燃料，BRA 的添加通過加料口螺旋打入礦粉罐后稱量加入拌缸，添加量能夠做到準確計量，BRA 摻量為礦料質量的3%。添加過程如圖1所示。

圖1 BRA 添加過程

拌和樓產量為170t/h 左右（每鍋拌和2.7t，每盤拌和60s 左右，其中干拌、濕拌、卸料時間分別為25s、26s、10s）。集料加熱溫度范圍和瀝青加熱溫度范圍分別為180～190℃、165～175℃。

2.1.2 BRAC-20 混合料運輸

使用大噸位自卸汽車運輸混合料，為了避免離析，裝料時運輸車需要前后移動，分成前、中、后三次堆料。出料溫度符合要求后出廠。運輸時為了保證混合料溫度，需使用篷布覆蓋運輸車的車廂頂部進行保溫。為了避免提前揭開保溫篷布導致溫度離析現象，等即將攤鋪時，運輸車輛才可掀開保溫篷布。

2.1.3 BRAC-20 混合料攤鋪

攤鋪機到達指定位置后，根據松鋪系數1.2 計算出松鋪厚度并調整好熨平板高度，預熱至100℃以上。

攤鋪作業使用ABG7820 型攤鋪機進行，攤鋪機使用行走滑靴在原路面找平。攤鋪速度為3.5m/min，攤鋪機熨平板振動頻率和振搗頻率均設定為6 級，攤鋪機行走速度宜控制在3～4m/min。改性乳化瀝青黏層油噴灑后，不得出現車輛隨意行走的情況。如果在攤鋪過程中發現存在離析帶，則要求施工人員采取補撒細料的方法消除。

施工現場的攤鋪溫度應控制在160～170℃，以滿足施工指導意見要求。

2.1.4 BRAC-20 混合料碾壓

BRAC-20 的施工碾壓方式與常規AC-20 施工方式相同，采取高溫緊跟碾壓方式進行碾壓施工，施工過程中可以采用的碾壓組合方式為：1 臺悍馬HD130壓路機去靜回振碾壓2 遍，速度為3.5km/h，復壓使用2 臺膠輪壓路機進行碾壓，1 臺30t 徐工膠輪XP302壓路機以4.5km/h 的速度碾壓3 遍，1 臺30t 科泰膠輪KP305 壓路機以4.5km/h 的速度碾壓3 遍，終壓使用1 臺悍馬HD130 壓路機靜壓2 遍。

2.2 BRMA-13 施工工藝

2.2.1 BRMA-13 混合料拌和

BRMA-13 混合料生產設備采用間歇式拌和樓，由計算機控制全部生產流程，能夠逐盤打印生產記錄，拌和樓加熱系統燃料使用重油。拌和樓產量與BRAC-20 混合料相同。集料加熱溫度范圍和瀝青加熱溫度范圍分別為180～185℃、165～175℃。

2.2.2 BRMA-13 混合料運輸

混合料運輸與BRAC-20 混合料相同。

2.2.3 BRMA-13 混合料攤鋪

攤鋪機作業準備工作與BRAC-20 混合料攤鋪相同。

攤鋪作業選用ABG7820 型攤鋪機進行，使用平衡梁進行攤鋪機找平。攤鋪速度定為3.5～4m/min。攤鋪過程中攤鋪機行走速度偏快容易導致壓路機行走速度偏快，影響有效壓實功。其他注意事項與BRAC-20 混合料攤鋪相同。

施工現場的攤鋪溫度應控制在165～175℃，以滿足施工指導意見要求。

2.2.4 BRMA-13 混合料碾壓

混合料的碾壓可以采用的碾壓組合方式為：1 臺科泰重工KD135F 鋼輪壓路機以3km/h 的速度去靜回振碾壓2 遍，采取與原路面縱向接縫處1/3 錯輪碾壓，2 臺26t 和1 臺30t 膠輪壓路機以4.5km/h 的速度碾壓6 遍，終壓用1 臺雙鋼輪徐工XD121 壓路機靜壓2 遍。

2.2.5 施工工藝優化

（1）級配調整

鹽靖高速BRA 改性路面試驗段第一天施工時，發現混合料的空隙率較大，從拌和樓打印記錄可知，是拌和樓添加BRA 時用量不足，比生產配合比的設計要求低了0.3%的用量。BRA 用量的減少直接導致了混合料整體瀝青用量以及填料用量的減少，實際混合料級配比設計級配偏粗，這一點在抽提試驗結果中也有所體現。通過分析BRMA-13 的抽提級配4.75mm篩孔以下通過率，理論上應該比生產級配要高，但是實際抽提試驗結果顯示二者相接近，而且1#料偏粗導致混合料合成級配9.5mm 通過率已經超出級配下限。

在后續拌和過程中對BRA 以及各礦料做到精確添加，適當增加BRA、細集料和礦粉的添加量，級配調整后混合料的外觀如圖2所示，空隙率明顯降低，鋪面效果大為改善。

圖2 級配調整后混合料的外觀

（2）碾壓工藝優化

鹽靖高速BRMA-13 試驗段施工歷時4 天，混合料現場碾壓方案第一天采用鋼輪壓路機初壓4 遍，膠輪壓路機復壓2 遍，鋼輪壓路機終壓2 遍。從現場檢測結果分析，該碾壓方案存在碾壓遍數不足的問題，導致路面壓實度和滲水系數不能滿足設計要求。在第二天的施工過程中，碾壓方案調整為鋼輪壓路機初壓2 遍，膠輪壓路機復壓4 遍，鋼輪壓路機終壓2 遍，現場檢測結果顯示基本滿足設計要求，所以在第三天和第四天的施工過程中碾壓方案進一步優化為鋼輪壓路機初壓2 遍，膠輪壓路機復壓6 遍，鋼輪壓路機終壓2 遍。檢測數據隨膠輪壓路機碾壓次數的變化如圖3所示。

圖3 檢測數據隨膠輪壓路機碾壓遍數的變化

3 結論

本文的研究得出以下結論。

第一，本文提出的將BRAC-20 和BRMA-13 同時應用于路面的中、上面層的雙層BRA 改性結構層應用方案，可以分別減少中、上面層49%和35%的剪應變，推薦厚度為10cm；提出的單層BRA 改性結構應用方案，可以降低上面層27%的剪應變，對于表面層的車轍病害處治有良好的效果。

第二，BRAC-20 混合料的設計指標基本合理，采用常規AC-20 的施工工藝即可滿足要求。

第三，建議BRMA-13 的膠輪壓路機復壓碾壓遍數為4～6 遍，以提高壓實度，降低空隙率和滲水系數；結合多個試驗路面段的檢測數據，建議降低BRMA-13 的設計空隙率，控制在3.5%～5% 的范圍內。

綜上所述，應用BRA 改性瀝青路面施工工藝能有效改善路面性能；但是該工藝還存在一些不足，未來仍有較大的研究和提升空間。