膠粉改性瀝青在高速公路路面養護中的應用研究

孫洪水

（河北交通投資集團有限公司，石家莊 050000）

1 引言

隨著我國社會發展水平的顯著提升， 我國道路運輸行業的發展也得到了充分的促進，這就導致了道路交通中超載、重載情況的加重，與此同時，由于氣溫變化、渠化交通等因素的影響，瀝青路面的病害問題已經十分嚴重，而膠粉改性瀝青這種材料也就是在這種大背景下應運而生的， 這種材料作為新型材料中的一種，對于瀝青路面的病害，有著更為良好的修復效果及養護效果[1]。

2 京張高速公路養護項目概況

以京張高速公路路面養護工程為例， 主線路面罩面采用3 cmARHM-10 膠粉改性瀝青混凝土， 防水層采用膠粉改性纖維防水層。 全線兩條行車道進行罩面，主線路面采用3 cmARHM-10 膠粉改性瀝青混凝土，防水層采用膠粉改性纖維防水層； 應急車道邊緣線右側0.6 m 范圍內做3 cm 橫坡銜接過渡，剩余應急車道部分分2 次噴灑SBR 乳化瀝青粘層油。橋面鋪裝統一銑刨， 上面層采用4 cmARHM-13 膠粉改性瀝青混凝土鋪筑， 存在擁包及修補不良的局部位置將下面層銑刨采用5（6）cmAC-20C 改性瀝青混凝土進行回填，上面層與下面層之間、下面層與混凝土鋪裝層間，均采用膠粉改性纖維防水層，瀝青撒布量分別為1.8 kg/m2、2.0 kg/ m2。在跨徑＜10 m且無伸縮縫的橋涵上，需直接加鋪3 cm 的罩面層，罩面施工后，于小橋涵板端做切縫，切縫寬1 cm，深1.5 cm。 同時，在官廳湖大橋的橋面處理中，需將橋面微表處進行精銑刨后，加鋪1.5 cm 微罩面，加鋪時注意伸縮縫處過渡處理。

3 膠粉改性劑的特性

當前隨著經濟發展，廢舊輪胎越來越多，利用廢舊輪胎加工成膠粉，添加到瀝青混凝土中，可變廢為寶。 橡膠粉劑能夠吸收瀝青中烴類、樹脂等有機質，經過一系列化學變化、物理變化，使橡膠粉劑發生濕潤、膨脹，軟化點隨之提升，黏度明顯增大。 同時，橡膠粉兼具橡膠的彈性、韌性、黏性等特點，將其應用在高速公路路面養護中，路用性能會有明顯提升。 將膠粉改性劑添加至基質瀝青進行改性形成膠粉改性瀝青， 軟化點明顯提升、 針入度顯著減少， 膠粉改性瀝青的高溫穩定性更高，對夏季路面行車導致推擠、車轍問題有較大改善作用。 同時，采用膠粉改性及對瀝青進行改性，使其溫度敏感性降低，這就意味著即使高速公路路面處于溫度較低條件下， 其抗流動性變得更強，本身黏度系數也大于基質瀝青，溫度變化并不會對其產生較大影響。 由此也就能夠看出應用膠粉改性瀝青的必要性。

4 膠粉改性瀝青配合比設計

4.1 膠粉改性瀝青

依據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對膠粉改性瀝青進行試驗，結果見表1。

表1 瀝青檢測結果

4.2 集料

本配合比設計所用粗集料、細集料、礦粉依據JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》進行試驗，主要技術指標見表2～表4。

表2 集料篩分試驗結果

表3 粗集料主要技術指標試驗結果

表4 細集料、礦粉主要技術指標試驗結果

4.3 礦料級配摻配

依據JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》選擇集料時， 按照設計文件對AC-20 型瀝青混合料的礦料級配要求，確定各礦質組成材料質量所占比例，詳見表5。

表5 礦料比例及合成級配

4.4 確定最佳瀝青用量

在高速公路路面養護中，關于最佳瀝青用量的確定，需重點關注以下兩點。

4.4.1 5 個不同油石比的馬歇爾試驗

設計級配確定后， 以預估的油石比4.0%為中值， 選用3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%五個油石比， 按照委托方要求，PRM 高模量劑摻量為混合料總量的0.4%，對5 個油石比對混合料分別制備馬歇爾試件。 依據設計文件及實踐經驗，制作溫度與施工實際溫度應一致，具體見表6[2]。

表6 瀝青混合料試件的制作溫度℃

而后采用雙面各擊75 次成型試件， 試件尺寸符合直徑101.6 mm±0.2 mm，高63.5 mm±1.3 mm 的要求。 試件成型后，靜置過夜，采用表干法測定試件的毛體積相對密度，并據此計算試件的空隙率，瀝青飽和度等物理指標。 5 種油石比的馬歇爾試件試驗結果如下：

1）在油石比為3.0%時，試件毛體積相對密度為2.423；理論最大相對密度為2.617； 空隙率為7.4%； 礦料間隙率為15%；有效瀝青飽和度50.7%；馬歇爾穩定度為8.47 kN；流值為1.7 mm；

2）在油石比為3.5%時，試件毛體積相對密度為2.444；理論最大相對密度為2.597；空隙率5.9%；礦料間隙率為14.7%；有效瀝青飽和度為60%； 馬歇爾穩定度為9.18 kN； 流值為2.2 mm；

3）在油石比為4.0%時，試件毛體積相對密度為2.460；理論最大相對密度為2.577； 空隙率為4.5%； 礦料間隙率為14.5%；有效瀝青飽和度為68.6%；馬歇爾穩定度為10.33 kN；流值為2.6 mm；

4）在油石比為4.5%時，試件毛體積相對密度為2.460；理論最大相對密度為2.558； 空隙率為3.8%； 礦料間隙率為14.9%；有效瀝青飽和度為74.3%；馬歇爾穩定度為9.99 kN；流值為3.0 mm；

5）在油石比為5.0%時，試件毛體積相對密度為2.455；理論最大相對密度為2.539； 空隙率為3.3%； 礦料間隙率為15.5%；有效瀝青飽和度為78.7%；馬歇爾穩定度為8.65kN；流值為3.4 mm；

在實際進行試驗的過程中， 還需注意空隙率技術要求在3.5%～4.5%；礦料間隙率技術要求需≥13%；有效瀝青飽和度技術要求在65%～80%；馬歇爾穩定度技術要求≥8 kN；流值技術要求在2～4 mm。

4.4.2 確定最佳瀝青用量油石比

依據JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》，以油石比為橫坐標，馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標，確定符合規范要求的瀝青混合料技術標準的油石比范圍OACmin～OACmax。油石比結果見表7。

表7 油石比結果

表7 中，a1～a4分別為最大毛體積密度、目標空隙率、穩定度最大值、瀝青飽和度中值時對應的油石比；OAC1為a1～a4的平均值， 如選擇瀝青用量范圍不涵蓋瀝青飽和度要求范圍，OAC1為a1～a3的 平 均 值 （適 用 本 研 究）；OAC2為OACmin與OACmax的平均值。在最佳油石比的確定中，主要以OAC1、OAC2的中值為準， 因此， 本研究確定最佳油石比為4.3%[3]（OAC=(OAC1+OAC2)/2）。

5 瀝青混合料的性能檢驗

按照設計文件及JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》技術要求，對選定的最佳油石比、礦料級配進行瀝青混合料的性能檢驗，各項指標均滿足設計要求，具體結果如下。

5.1 瀝青混合料各項指標

瀝青混合料各項指標詳見表8。

表8 油石比瀝青混合料各項指標

5.2 高溫穩定性檢驗

按照設計級配稱取礦料，采用油石比4.3%，用車轍試驗成型機碾壓成型300 mm×300 mm×50 mm 的板塊狀試件3 個，將試件連同試模一起在常溫條件下靜置60 h，然后將試件連同試模一起移置溫度為60 ℃±1 ℃的恒溫室中5 h， 最后將試件連同試模移置于車轍試驗機的試驗臺上測定其動穩定度[4]。 實測動穩定度平均值7 215，大于技術要求5 000 次/mm。

5.3 低溫抗裂性能檢驗

按照設計級配稱取礦料，采用油石比4.3%，在車轍試驗成型機模壓成型后切制，試件尺寸符合長250 mm±2.0 mm，寬30 mm±2.0 mm，高35 mm±2.0 mm 的要求。 將試件置于-10 ℃±0.5 ℃的恒溫水槽中保溫不少于45 min。 最后將試件對稱安放在萬能材料試驗機或壓力機支座上測定其抗彎拉強度和最大彎拉應變[5],實測油石比4.3%情況下，最大彎拉應力平均值為2 764，大于技術要求的2 000。

在上述參數標準、技術應用標準已經確定之后，可開展京張高速公路路面養護作業， 保證路面養護后能夠通過夏季高溫考驗，并提升其動態模量、高溫穩定性能、抗車轍能力及結構承載力，延長路面使用壽命。

6 應用情況

項目于2021 年7 月完成路面工程主體施工，建設單位委托第三方檢測機構進行了交工驗收質量檢測和評定。 檢測評定依據包括公路養護工程質量檢驗評定標準、 公路路基路面現場測試規程、公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程等進行，兩個路面標段分部工程質量評定等級均為合格， 單位工程質量評定等級均為優良。

7 結論

綜上所述， 將高模量瀝青混凝土充分作用于高速公路路面養護中，對路面抗高溫、抗車轍等能力提升大有裨益。 本文以京張高速公路養護作業開展為例， 深入探討了高模量瀝青混凝土在高速公路路面養護中的應用技術， 希望能夠為我國高速公路養護施工的規劃、設計提供一定思路和建議。