胡小金，高繼明，馬慶偉，周 雄

(1.陜西路橋集團路面工程有限公司，陜西 西安 710054； 2.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065 3.西安公路研究院，陜西 西安 710065)

0 引 言

瀝青路面由于具有良好的行車舒適性、優(yōu)異的使用性能，因此在中國高速公路的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。目前隨著交通量的急劇增加，在重載車比例升高，高胎壓的作用下，重載交通車道、道路交叉口、長大縱坡、公交專用道、公交港灣等路段的車轍損壞現(xiàn)象尤為突出[2]。此類車轍產(chǎn)生的主要原因是混合料高溫穩(wěn)定性不足，高溫變形大。夏季瀝青路表面溫度可達60 ℃以上，車輪邊緣處路面易發(fā)生剪切變形破壞。

為了解決道路車轍問題，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提出全壽命設(shè)計方法，以層位分工理論為基礎(chǔ)，主要以中面層為主抗車轍區(qū)。中面層的強度和穩(wěn)定性關(guān)系到整體路面結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量和壽命[3]。而聚合物改性瀝青是一種技術(shù)含量和附加值較高的新型優(yōu)質(zhì)筑路材料[4]。它通過把聚合物摻入道路瀝青中而改善使用性能，能顯著延長路面壽命、降低噪聲、提高行車舒適性和安全性。針對高速公路重交通，地形復(fù)雜、縱坡大、橋隧比例大，彎道多，重載交通車流量大等特點，本文確定中面層配合比設(shè)計思路應(yīng)為：以抗車轍為主、兼顧抗疲勞性能；礦料級配采用骨架密實結(jié)構(gòu)。

1 原材料技術(shù)性質(zhì)

1.1 礦料

1.1.1 粗集料

采用陜西鐵力耐特綠色建材有限公司生產(chǎn)的19～26.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm閃長巖碎石。集料試驗嚴(yán)格按照《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42—2005)的要求和方法進行。

1.1.2 細集料和填料

機制砂采用陜西鐵力耐特綠色建材有限公司生產(chǎn)的9.5～19 mm閃長巖碎石自行加工，礦粉采用山陽鐘嶺碎石場生產(chǎn)的9.5～19 mm的鈣質(zhì)灰?guī)r碎石自行加工。

表2 機制砂試驗結(jié)果

表3 填料試驗結(jié)果

1.2 瀝青

采用新加坡產(chǎn)“SPC”牌90#A級道路石油瀝青，其性能指標(biāo)試驗結(jié)果見表4。

表4 90#A級瀝青試驗項目及試驗結(jié)果

1.3 改性瀝青加工工藝

SBS改性瀝青加工設(shè)備均采用北京金凱越瀝青材料有限公司生產(chǎn)的高精度間隙可調(diào)的膠體磨設(shè)備，SBS改性瀝青加工分為溶脹、研磨、發(fā)育3個階段。

1.3.1 準(zhǔn)備工作

對用于改性的新加坡SPC牌90#A級道路石油瀝青按要求進行檢測，結(jié)果符合規(guī)范要求。采用SBS改性劑材料(北京燕山石化星型4303)，通過實驗室小型剪切設(shè)備進行改性瀝青配伍性試驗，確定改性配方為：改性劑摻量為4.5%(內(nèi)摻)，穩(wěn)定劑摻量為1‰，抽出油摻量為1.5%。

表5 改性瀝青試驗項目及試驗結(jié)果

1.3.2 溶脹

把90#A級道路石油瀝青(溫度控制在150 ℃左右)，經(jīng)流量計準(zhǔn)確計量后通過板式換熱器快速加熱到165 ℃～175 ℃，按確定配方要求的數(shù)量送入預(yù)混罐，并啟動攪拌。按確定配方對SBS改性劑計重稱量(計重稱量和包裝袋計數(shù)雙控)，將稱重好的SBS改性劑加入至預(yù)混罐中，罐中溫度控制在165 ℃～175 ℃。將預(yù)混的改性劑和瀝青的混合液送入溶脹罐中溶脹20 min。

1.3.3 研磨

將溶脹完的混合液通過2個串聯(lián)式的膠體磨研磨2次。

1.3.4 發(fā)育

將完成研磨后的改性瀝青送入發(fā)育罐中(加入配比確定的穩(wěn)定劑和抽出油)，攪拌發(fā)育3～4 h(溫度控制在175 ℃～180 ℃之間)。最后，將發(fā)育完成并檢測合格的SBS改性瀝青送入瀝青拌合樓的儲存罐(配攪拌系統(tǒng))備用。

2 生產(chǎn)配合比設(shè)計

2.1 礦料級配合成

預(yù)定拌合機產(chǎn)量為280 t·h-1，根據(jù)目標(biāo)配合比礦料級配控制冷料倉上料比例及速度，骨料加熱至180 ℃～190 ℃，上料30 min(模擬正常生產(chǎn)情況)。骨料放料次序由大到小，分2次放料，取第2次所放集料，熱料倉礦料合成級配如圖1、2所示。

圖1 AC-20C瀝青混合料礦料級配(路基段)

圖2 AC-20C瀝青混合料礦料級配(橋梁段)

2.2 成型Marshall試件

根據(jù)目標(biāo)配合比確定的最佳油石比及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)要求，以最佳油石比浮動±0.3%，分別采用4.0%、4.3%、4.6%成型Marshall試件，各標(biāo)段礦料級配比例見表6。

表6 礦料級配比例

2.3 馬歇爾試驗

Marshall試件成型溫度控制：礦料加熱溫度為180 ℃～190 ℃，瀝青加熱溫度為160 ℃～165 ℃，混合料拌和溫度為170 ℃～175 ℃，試件擊實溫度為160 ℃±2 ℃，雙面擊實75次。瀝青混合料理論最大相對密度采用計算法。

Marshall試件自然冷卻至室溫后脫模，體積指標(biāo)及力學(xué)指標(biāo)結(jié)果見表7。

表7 Marshall試件物理力學(xué)指標(biāo)

2.4 確定最佳油石比

綜合考慮，路基段落生產(chǎn)配合比最佳油石比均為4.3%，橋梁段生產(chǎn)配合比最佳油石比均為4.4%，具體見表8。

表8 AC-20C型瀝青混合料最佳油石比時Marshall試件試驗結(jié)果

2.5 路用性能

對AC-20C瀝青混合料采用最佳油石比進行水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性檢驗，試驗結(jié)果見表9。

表9 AC-20C瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果

評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗方法主要包括浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗和凍融劈裂試驗。由試驗結(jié)果可知SBS改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和劈裂抗拉強度比符合JTG E20—2011改性瀝青混合料潮濕區(qū)水穩(wěn)定性檢驗技術(shù)要求。

高溫穩(wěn)定性是驗證瀝青混合料路用性能的重要指標(biāo)，目前對瀝青混合料高溫性能的室內(nèi)試驗評價方法主要是車轍試驗。車轍試驗結(jié)果表明SBS改性瀝青混合料符合高溫穩(wěn)定性規(guī)范技術(shù)要求。

采用低溫彎曲試驗評價SBS改性瀝青混合料的抗裂性能。由表9可得，SBS改性瀝青混合料破壞時的最大彎拉應(yīng)變符合規(guī)范技術(shù)要求。

3 施工質(zhì)量檢測

3.1 試驗段鋪筑

3.1.1 黏層施工

黏層油采用SBR改性乳化瀝青，采用A-90#基質(zhì)瀝青現(xiàn)場改性。黏層油的灑布量為0.4 kg·m-2，通過現(xiàn)場檢測，其質(zhì)量和外觀均較好。

3.1.2 橋面防水層施工

防水層采用SBR改性乳化瀝青，改性方式為采用A-90#基質(zhì)瀝青現(xiàn)場改性。防水層的噴灑分2次進行，每次噴灑量為0.3 kg·m-2，總量控制在0.6 kg·m-2，待第1次噴灑的防水層破乳完全后再進行第2次噴灑，通過現(xiàn)場檢測，其質(zhì)量和外觀均較好。

3.1.3 同步碎石封層施工

橋面SBS改性瀝青同步碎石封層采用改性瀝青SBS I-C和4.75～9.5 mm碎石。通過現(xiàn)場檢測，SBS改性瀝青灑布量為1.30 kg·m-2，碎石撒布量為9.3 kg·m-2，黏結(jié)性及均勻性均良好。

3.1.4 AC-20C中面層施工

(1)AC-20C瀝青混合料的拌和。AC-20C瀝青混合料的拌和時間應(yīng)以混合料拌和均勻、所有集料顆粒全部裹覆瀝青為度。經(jīng)試拌確定，干拌時間為5 s、濕拌時間為44 s。瀝青加熱溫度為160 ℃±5 ℃，礦料加熱溫度為185 ℃±5 ℃，瀝青混合料出廠溫度為175 ℃±5 ℃。

(2)AC-20C混合料的攤鋪。采用1臺中大DT1800攤鋪機單機攤鋪，攤鋪速度為2.0～2.5 m·min-1(路基段落)或1.5～2.0 m·min-1(橋梁段落)，松鋪系數(shù)為1.23。攤鋪溫度不低于160 ℃。

(3)AC-20C混合料的壓實。對于路基試驗段，初壓采用2臺雙鋼輪壓路機緊跟攤鋪機前靜后振各碾壓2遍：碾壓速度為40～60 m·min-1。在初壓完成后，2臺30 t輪胎壓路機各碾壓2遍，碾壓速度為40～60 m·min-1，1臺37 t膠輪壓路機碾壓2遍，碾壓速度為60～100 m·min-1。終壓采用1臺振蕩壓路機靜壓2遍，碾壓速度為60～100 m·min-1。碾壓連續(xù)進行，直到所有的輪跡全部消失。

對于橋梁試驗段，初壓采用1臺振蕩壓路機緊跟攤鋪機后振碾壓2遍，碾壓速度為60～80 m·min-1。在初壓完成后，2臺30 t輪胎壓路機各碾壓2遍，碾壓速度為30～50 m·min-1，1臺37 t膠輪壓路機碾壓2遍，碾壓速度為60～80 m·min-1。終壓采用2臺雙鋼輪壓路機各靜壓2遍，碾壓速度為30～50 m·min-1。碾壓連續(xù)進行，直到所有的輪跡全部消失。

3.2 試驗段現(xiàn)場檢測

3.2.1 厚度及壓實度檢測

試驗段后，現(xiàn)場進行了厚度和壓實度檢測，厚度、馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度及理論密度壓實度均滿足設(shè)計要求，具體數(shù)據(jù)見表10。

表1 粗集料質(zhì)量規(guī)格試驗結(jié)果

表10 厚度及壓實度檢測

3.2.2 平整度檢測

平整度檢測采用連續(xù)式平整度儀(八輪儀)分別對每個車道進行檢測，檢測結(jié)果符合項目要求，詳細數(shù)據(jù)見表11。

表11 平整度檢測結(jié)果

3.2.3 滲水檢測

經(jīng)檢測，施工段中面層試驗段滲水均滿足設(shè)計要求，詳細數(shù)據(jù)見表12所示。

表12 滲水檢測結(jié)果匯總

AC-20C中面層SBS改性瀝青混合料路面具有較好的密實性、抗?jié)B水性能，且表面平整密實，無明顯離析、推擠、擁抱及輪跡現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

(1)通過馬歇爾試驗對AC-20C中面層SBS改性瀝青混合料進行配合比設(shè)計，確定了合理的級配范圍，得出路基段最佳油石比為4.3%，橋梁段最佳油石比為4.4%， 并對SBS改性瀝青混合料進行了馬歇爾體積指標(biāo)、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性及滲水等路用性能指標(biāo)檢驗，結(jié)果顯示各項指標(biāo)都均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，表明配合比設(shè)計性能穩(wěn)定性。

(2)根據(jù)配合比結(jié)果進行試驗段鋪筑，現(xiàn)場檢測結(jié)果顯示，SBS改性AC-20C中面層的壓實度、厚度、平整度和滲水系數(shù)等使用性能均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，從而驗證了AC-20C中面層SBS改性瀝青混合料配合比是合理的。