ARP 瀝青混合料在國省干道車轍處治中的應用研究

高天宇GAO Tian-yu

（揚州大學建筑科學與工程學院，揚州 225000；揚州市江都區交通運輸局，揚州 225200）

0 引言

在當代交通量不斷增長和重載超載現象日益嚴重的社會環境下，為了治理日益嚴重的路面病害，改善瀝青路面的各項性能，將聚合物添加劑應用于瀝青混合料中是國內外研究人員最常用的一種手段。許多研究表明，SBS 可以提高瀝青混合料的抗車轍、抗水穩定性、抗開裂等性能。NCAT試驗路上進行的研究比較了SBS 改性瀝青混合料和未改性瀝青混合料的抗車轍性能。結果顯示，在900 萬等效單軸載荷作用后，改性瀝青混合料和未改性瀝青混合料的車轍深度分別為2.7mm 和6mm[1]。近年來，許多新型改性劑已投入使用，如抗車轍劑、高模量改性劑等，受到越來越多的關注。高模量劑是一種能夠顯著提高瀝青混合料勁度模量和抗疲勞性能的聚合物添加劑，發源于法國[2-3]。周慶華[4]對高模量瀝青混凝土進行高溫蠕變試驗，發現動態模量高達14GPa，說明HMAC 具有優秀的抗車轍、抗疲勞和耐久性。岳秀梅[5]研究了橡膠粉和高模量劑摻量對SMA 混合料綜合路用性能的影響，并將其與SBS 改性SMA 混合料進行了對比，發現基于橡膠粉與高模量劑復配技術所生產的SMA 混合料其綜合路用性能可達到甚至超過SBS 改性SMA 混合料。趙毅[6]等在普通70#瀝青中摻入高模量劑，發現需改變混合料的制備工藝才能使其疲勞壽命和模量達到最佳狀態。抗車轍劑[7]是專門用來改善瀝青混合料的抗車轍性能的聚合物添加劑，其主要成分為高分子聚合物，代表性的有法國PRI、德國路孚8000、國產的車轍王等產品。陳兵[8]通過路用性能試驗對不同摻量的抗車轍劑和SBS 改性劑的SMA-13 瀝青混合料各項性能進行測試，發現二者的最佳摻量分別為0.4%和5%；在最佳摻量下，抗車轍劑對混合料的高溫性能提升效果要優于SBS 改性劑，而SBS 改性劑對混合料的低溫抗裂性和水穩定性改善效果要優于抗車轍劑。郭博[9]對摻抗車轍劑的瀝青混合料、基質瀝青混合料分別進行短期老化和長期老化試驗，來評價抗車轍劑改性瀝青混合料的耐老化性能。試驗結果表明抗車轍劑對于老化后瀝青混合料的水穩定性和低溫抗裂性能有一定程度的改善。可見，目前市場上各類改性添加劑品種繁多，其實際路用性能各有優劣，優選出合適的改性添加劑，進而提高瀝青混合料路用性能和減少路面損壞，是道路從業人員需要解決的問題之一。基于此，本研究擬結合新型的ARP 添加劑，依托江蘇省某國省干道大中修工程，將ARP 應用于SUP-25 瀝青混合料中，并與常規的SUP25 瀝青混合料進行對比，通過對瀝青混合料配合比設計、路用性能以及施工技術的研究，為不同改性劑在瀝青混凝土中的應用提供借鑒和參考。

1 原材料

1.1 集料和填料

本研究采用石灰巖集料和礦粉，對其基本性能進行了測試，結果如表1～表2 所示。基本性能滿足相關規范要求。

表1 礦料密度和吸水率測試結果

表2 礦料篩分結果

1.2 瀝青

本研究采用兩種瀝青，分別為70#基質瀝青和SBS 改性瀝青。其中70#基質瀝青用于ARP 瀝青混合料，SBS 改性瀝青用于常規的Sup25 瀝青混合料。對兩種瀝青的基本性能進行檢測，結果如表3 所示，均符合設計要求。

表3 瀝青性能檢測結果

1.3 ARP 外摻劑

本研究所用ARP 外摻劑呈黑色顆粒狀，其外觀如圖1所示，其摻量為瀝青混合料質量的0.45%，技術指標見表4。

圖1 ARP 外摻劑外觀圖

表4 高模量劑性能檢測結果

2 瀝青混合料組成設計

采用Superpave 方法進行瀝青混合料設計，旋轉次數為100 次。對于ARP 瀝青混合料，采用70#基質瀝青，ARP 摻量為瀝青混合料質量的0.45%。在進行試驗時，首先把ARP 外摻劑和集料進行干拌60s，然后再加入瀝青拌合90s，再加入礦粉拌合90s，總拌合時間為4min。對于常規的SBS 瀝青混合料，采用規范方法進行拌合。本研究采用的級配和設計結果分別如表5～表6 所示。

表5 SUP25 級配設計結果

表6 瀝青混合料各材料比例

3 瀝青混合料性能分析

為明晰ARP 瀝青混合料的性能特點，對其性能進行了測試，包括高溫性能、低溫性能、水穩定性和動態模量，并與常規的SUP25 改性瀝青混合料進行對比。

3.1 高溫性能分析

本研究采用車撤試驗測試瀝青混合料的高溫性能，試驗按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行，輪壓為0.7MPa，試驗分別在60℃和70℃兩個溫度下進行。測試結果如表7 所示。

表7 瀝青混合料動穩定度測試結果

由表7 可見，①兩種瀝青混合料的動穩定度均超過了3000 次/mm，滿足規范要求；②在兩種測試溫度下，基質瀝青加ARP 組成的ARP 瀝青混合料的動穩定度均優于常規的SBS 改性瀝青混合料，在60℃時，二者的動穩定度分別為6266 次/mm 和5635 次/mm，前者是后者的1.11 倍；在70℃時，分別為2082 次/mm 和1853 次/mm，前者是后者的1.12 倍；③兩種瀝青混合料的動穩定度均隨著測試溫度上升而出現了大幅下降，并且二者的下降幅度幾乎相等。可見，ARP 外摻劑對瀝青混合料的高溫性能具有明顯的改善作用，使得ARP 瀝青混合料的動穩定度略微優于SBS 改性瀝青混合料。

3.2 低溫性能分析

本研究采用低溫小梁彎曲試驗測試瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行，測試溫度為-10℃。測試結果如表8 所示。

表8 瀝青混合料低溫彎曲試驗測試結果

瀝青混合料作為典型的黏彈塑性材料，高低溫性能往往不可兼顧，提高瀝青混合料的高溫性能后，其低溫性能往往會受到影響，反之亦然。從表8 所示結果可以看出，①ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的低溫破壞應變均滿足設計要求；②ARP 瀝青混合料的破壞強度高于SBS瀝青混合料，而其破壞應變低于SBS 瀝青混合料。表8 數據表明，ARP 瀝青混合料的低溫破壞應變比SBS 瀝青混合料低了約6%，表明ARP 瀝青混合料在低溫時的容許變形更小，可能更易產生低溫開裂，但考慮到Sup25 瀝青混合料一般用于瀝青路面的下面層，該層位一般不會發生低溫開裂，因此ARP 瀝青混合料的低溫性能是符合路面使用要求的。

3.3 水穩定性分析

本研究采用凍融劈裂試驗測試瀝青混合料的水穩定性能，試驗按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行。測試結果如表9 所示。

表9 瀝青混合料水穩定性測試結果

由表9 試驗結果可見，①ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的凍融劈裂強度比均大于80%，滿足規范要求；②ARP 瀝青混合料和SBS 瀝青混合料的凍融劈裂強度比分別為87.6%和87.9%，二者比較接近，表明兩種瀝青混合料對水分的敏感程度相似，但ARP 瀝青混合料凍融前后的劈裂強度均高于SBS 瀝青混合料，表明ARP 瀝青混合料在荷載作用下更不易發生開裂，進而避免了可能的水分浸入，從而在避免了水損害，因此雖然二者對水分的敏感程度相近，但在實際路況中，ARP 瀝青混合料可能表現出更好的抗水損害能力。

通過以上分析可見，ARP 外摻劑能夠明顯改善瀝青混合料的路用性能，甚至略優于SBS 改性瀝青混合料性能，究其原因，可歸納為以下幾個：①ARP 外摻劑具有快速分散的能力，能夠在短暫攪拌后迅速分散到瀝青混合料中，保證了對瀝青混合料改性的均勻性；②ARP 外摻劑能夠增粘、增稠瀝青，ARP 部分熔化后的成分在瀝青中以極為離散的狀態凝固，形成高強而穩定的固化結構；增強了瀝青的稠度，使瀝青具有較高的軟化點；③ARP 外摻劑的粘連加筋作用，一部分熔化的成分及少量未熔的成分裹附在石料表面，在石料與瀝青、石料與石料之間形成一個搭橋的作用，產生較大的粘結力，增加了瀝青與骨料的粘附性，這就使得瀝青混合料具有穩定的結構，從而使成型瀝青路面的滲透性大大降低，抗水損害能力大幅提高。

4 工程應用

為了驗證ARP 瀝青混合料的實際路用性能，依托江蘇某國道養護工程進行ARP 瀝青混合料試驗段實施應用。該路段交通荷載較重，在服役過程中出現了較為嚴重的車轍，為了對車轍路段進行處置，采用ARP 瀝青混合料鋪筑了試驗路段，采用的級配為Sup25。

在正式施工前，檢查所有機械設備，保證其正常使用狀態。在瀝青混合料的生產環節，HMM13 的生產需增加ARP 外摻劑投放環節，其他程序與常規瀝青混合料生產相同。ARP 外摻劑采用小袋包裝，每包的重量與拌和站每盤生產能力相匹配。采用人工將ARP 外摻劑與二次篩分的集料同時投放到拌鍋中，控制好生產溫度，保證出料溫度在180～185℃。在瀝青混合料生產環節，注意控制幾下幾點：

①礦料的干拌時間由原來的5s 調整為10s，確保ARP添加后拌合均勻，可實現快速溶解的目的；

②濕拌時間需滿足40s，確保瀝青混合料充分拌合，有利于ARP 材料的均勻分散，有效提升瀝青混合料高溫性能；

③ARP 添加過程中及時跟蹤投料工，防止人工投放添加量不準、投放不及時等問題的發生；

④嚴格檢測出料溫度，出廠檢測均采用插入式水銀溫度計逐車檢測，不可僅依靠紅外測溫儀。

瀝青混合料生產過程如圖2～圖3 所示。

圖2 視頻監測人工投料

圖3 裝料過程

在ARP 瀝青混合料的碾壓環節，嚴格控制好碾壓溫度和復壓遍數。ARP 瀝青混合料的碾壓溫度需保持在合理范圍內，太低則壓實度不足，太高則碾壓時推移現象明顯。現場采用福格勒伸縮式攤鋪機進行瀝青混合料攤鋪，攤鋪速度3～3.5m/min，碾壓機械采用2 臺雙剛輪壓路機、1臺膠輪壓路機，碾壓方案采用雙鋼輪前靜后振2 遍+30t 膠輪6 遍+雙鋼輪靜壓2 遍。經現場檢測，初壓溫度控制170-175℃，復壓溫度控制在140-145℃，終壓溫度控制在120-125°C，整體碾壓溫度控制較好。圖4～圖5 為施工現場圖。

圖4 施工溫度控制

圖5 現場簡易檢測滲水情況

經施工后檢測，試驗路段的滲水、壓實度等各項指標均滿足設計要求。在施工半年后，對試驗路段進行了跟蹤檢測，沒有發現出現車轍病害，表明ARP 瀝青混合料初步達到了設計意圖，其長期性能還需要進一步跟蹤檢測。

本研究進一步對ARP 瀝青混合料的經濟性進行了分析。SBS 改性瀝青價格為5000 元/t，70#基質瀝青價格為4000 元/t，ARP 外摻劑價摻量為瀝青混合料質量的0.45%（相當于瀝青質量的11%），價格為6000 元/t，則以每噸瀝青混合料為計算單位，ARP 瀝青混合料的價格相對于SBS改性瀝青混合料價格可節省大約400 元/t，具有較明顯的經濟性。

5 結語

本文依托某國省干道養護工程，對ARP 外摻劑對瀝青混合料性能影響進行了探究，并于常規的SBS 改性瀝青混合料進行對比，結論如下：

①ARP 瀝青混合料的高溫性能和水穩定性均優于改性瀝青混合料Sup25，但前者的低溫性能略低。

②ARP 瀝青混合料施工方便，各項施工指標均滿足設計要求，且經過半年跟蹤檢測，實際路用性能較好。

③ARP 瀝青混合料Sup25 的價格相較于SBS 改性瀝青混合料，每噸可節約400 元，具有明顯的經濟性。