復合改性瀝青及混合料在加鋪層中的應用研究（交通）

                                  郭立華

                       （山西省交通科學研究院太原030006）

 摘要針對白加黑路面加鋪層易出現反射裂縫的問題，采用3%的混合型SBS改性劑與5%的

巖瀝青制備具有高粘、高彈、高延特性的復合改性瀝青，并對復合改性瀝青SMA-13混合料及應力吸收層性能進行研究。結合實體工程采用5 cm的復合改性瀝青SMA-13與復合改性瀝青應力吸收層進行加鋪設計及施工。結果表明，復合改性瀝青混合料的施工質量易于控制，檢測結果能夠滿足設計要求。

關鍵詞  道路工程  白加黑  復合改性瀝青  加鋪層

    我國早期修建的水泥混凝土路面，由于使用年限的增長及交通荷載的作用，路面出現了各種不同的破壞形式。由于瀝青路面的行車具有良好的行車舒適性，且易于修復，因此近年來我國開展了大量的白加黑工程。而白加黑路面由于水泥混凝土板的存在極易出現反射裂縫等病害，伴隨著路面水的下滲，瀝青面層破壞速度不斷加大。因此采用合理的材料及加鋪層方案進行白加黑路面的再加鋪設計，達到延緩反射裂縫，增長使用壽命的目的具有重要的工程意義。本文結合實體工程，擬采用復合改性瀝青進行加鋪層混合料的設計，并通過復合改性瀝青應力吸收層來防治反射裂縫，為以后的工程設計及施工提供參考及依據。

1工程概況

    結合某白加黑路面加鋪實體工程進行復合改性瀝青及混合料的應用研究。該路段于2010年進行白加黑設計及施工，由于近年來交通量迅速增長，重載交通比例增大，瀝青面層已經出現了大量的反射裂縫，同時由于水泥混凝土板塊板角出現破碎或者短板現象，局部路段還存在大量的坑槽，嚴重影響行車的舒適性及安全性。因此，為改善該路段路面行駛質量，需進行白加黑路面的再加鋪設計。為了延緩反射裂縫的發展、延長瀝青路面使用壽命，提高瀝青路面抗車轍性能，因此擬加鋪5 cm的復合改性瀝青SMA-13，同時采用復合改性應力吸收層以防止放射裂縫。具體加鋪設計方案見圖1。

2原材料

2.1  瀝青

    選用70號基質瀝青、混合型SBS改性劑及巖瀝青拌制復合改性瀝青，以改善瀝青膠結料的高溫、低溫等性能，其中SBS改性劑摻量為3%，巖瀝青摻量為5%。根據《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》的試驗方法，檢測基質瀝青及復合改性瀝青的各項技術指標，檢測結果見表1。

    由表1可見，復合改性瀝青的針人度為33.5(0. 01mm)，軟化點高達72.7℃，5℃延度為

15.8 cm，而基質瀝青的針入度為62.7(0. 01mm)，軟化點為52.9℃，5℃延度僅為5.7 cm，

說明與基質瀝青相比，復合改性瀝青具有更好的高溫性能、低溫延展性。這主要是因為SBS改性劑分布于基質瀝青中形成網狀結構，對瀝青聚合物改性，改善了基質瀝青的性能；同時天然巖瀝青本身的軟化點達到300℃以上，加入基質瀝青后，使其具有良好的抗高溫、抗老化性能。

2.2集料與填料

    集料采用石灰巖，依次分為10～16，5～10，3～5與0～3 mm 5檔規格。根據《公路瀝青路面施工技術規范》的要求，對集料與填料進行室內試驗檢測，結果見表2。

    由表2可見，各檔集料的性能都能夠滿足規范要求，可用于公路瀝青路面瀝青混合料的拌制及施工。

    礦粉由石灰巖制成，礦粉密度為2. 721 g／cm³。

3  配合比設計及性能研究

    選用SMA-13型混合料進行復合改性瀝青混合料的配合比設計及性能研究。

3.1  配合比設計

    根據《公路瀝青路面施工技術規范》中SMA-13級配范圍，借鑒superpave級配設計理念，嚴格控制4. 75 mm篩孔的通過率，避免曲線通過級配禁區，并保證級配曲線呈S形，確?；旌狭暇哂辛己玫墓羌芙Y構。級配設計結果見表3。

    按照設計級配，以預估的油石比5. 5%為中值，按0. 3%間隔取5個不同油石比，依次為

4. 9%，52%，5.5%，5.8%，6.1%，分別成型標準馬歇爾試件，采用水中重法測試馬歇爾試件的空隙率，并通過室內試驗測定馬歇爾穩定度及流值等指標，試驗結果見表4。

由于本試驗中密度沒有出現峰值，因此直接采用孔隙率中值所對應的油石比作為OAC₁根

據表4可取為5.35%；在以同時滿足空隙率、飽

    綜合各項技術指標，并根據室內試驗瀝青混合料拌和情況，最終確定目標配合比設計的最佳油石比為5. 6%。

3.2路用性能研究

    采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗對復合改性瀝青混合料的路用性能進行研究，同時與普通SMA-13混合料對比，評價復合改性瀝青效果。

    (1)水穩定性。采用浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗研究復合改性瀝青混合料的水穩定性，試驗結果見表5，表6。

    由表5可見，復合改性與普通瀝青SMA-13混合料的殘留穩定度都能夠滿足規范要求，但復合改性SMA-13的馬歇爾穩定度與殘留穩定度都較高。

    表6表明，復合改性與普通瀝青SMA-13混合料的凍融劈裂強度比都能夠滿足要求，但復合改性SMA-13的劈裂強度與凍融劈裂強度都較高。

    通過浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗共同說明復合改性瀝青混合料具有更好的水穩定性，這主要是因為巖瀝青中，氮元素以官能團形式存在，這種存在使巖瀝青具有很強的浸潤性和對自由氧化基的高抵抗性，特別是與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯的改善；同時SBS改性劑能夠有效提高瀝青的粘度，改善瀝青與集料的粘附性。

    (2)高溫性能。根據《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011），在60 ⁰C試驗條件下進行車轍試驗，通過動穩定度指標評價復合改性瀝青混合料的高溫性能，結果見表7。

    由于SMA-13混合料具有良好的骨架嵌擠結構，因此復合改性與普通瀝青SMA-13混合料的動穩定度指標均超過2 000次／mm；但復合改性瀝青SMA-13混合料的動穩定指標高達5 986次／mm，是普通瀝青SMA-13的2.46倍，說明復合改性瀝青混合料的高溫抗車轍性能遠遠優于普通瀝青混合料。

    上述結果說明復合改性瀝青SMA-13具有更好的水穩定性與高溫性能，這主要是復合改性瀝青具有高粘、高彈的特性，同時具有良好的高溫性能，能夠有效改善瀝青與集料的粘附性，同時有效增加瀝青混凝土的抗變形和抗沖擊能力。

4  復合改性應力吸收層性能研究

    復合改性瀝青應力吸收層碎石采用9.5～13.2 mm石灰巖，碎石撒布前需加熱至180℃，

瀝青灑布量為2.5～2.6 kg/m²，碎石撒布量為14～16 kg/m²。并通過室內斜剪試驗測試應力

吸收層與水泥混凝土板之間的粘結性能。為了更好地模擬實際水泥混凝土橋面鋪裝，斜剪試件上層為10 cm×10 cm×5 cm的復合改性瀝青混凝土，下層為10 cm×10 cm×5 cm的水泥混凝土試件，中間為復合改性瀝青應力吸收層，結果見表8。

    研究表明，通常瀝青路面層間最大剪切應力在0.5 M Pa左右，因此復合改性瀝青應力吸收層的抗剪切性能完全滿足要求。

5  實際工程應用及檢測

    采用上述設計的復合改性瀝青SMA-13及復合改性瀝青應力吸收層進行白加黑瀝青路面的再加鋪施工，在施工過程中嚴格控制松鋪厚度、碾壓順序、壓路機組合、碾壓遍數、碾壓速度及碾壓溫度的施工參數，使面層碾壓既不漏壓也不超壓；同時確保足夠的瀝青及碎石灑（撒）鋪量，并且碎石的撒鋪必須緊跟在瀝青灑鋪之后。施工結束后，進行路表彎沉、滲水系數、壓實度的檢測。結果見表9。

    由表9可見，復合改性瀝青SMA-13及復合改性瀝青應力吸收層具有良好的施工性能，施工結束后路面抗滲水性能更好；在拌和樓進行混合料抽檢，采用燃燒爐法檢測混合料的油石比、級配均滿足設計要求。

6結語

    在70號基質瀝青中添加3%的混合型SBS改性劑與5%的天然巖瀝青拌制復合改性瀝青，

其具有高粘、高彈、高延的特性。由于復合改性瀝青具有良好的高溫性能及與集料的粘附性能，因此復合改性瀝青SMA-13混合料具有良好的水穩性及高溫抗車轍性能。復合改性瀝青應力吸收層的層間抗剪切強度高達2. 68 MPa，保證了整個加鋪層具有良好的整體性。結合實體工程采用5 cm的復合改性瀝青SMA-13與復合改性瀝青應力吸收層進行加鋪設計及施工，表明復合改性瀝青混合料的施工質量易于控制，實際結果能夠滿足設計要求。