沥青混合料抗车辙剂在重载交通改造中的应用

李信琼

泥岗路位于深圳市北环快速和南环快速的腹心地段,是深圳市东西方向最主要的交通动脉,承担着深圳市90%以上的大型货车交通任务。近75%以上的大型货厢车均经该路进入香港,据深圳市交管部门统计,该路段高峰期日交通流量达25万次左右,其中货车占80%以上。

大量文献表明,就沥青路面而言,通常面层表面下5 cm～10 cm是产生车辙的主要区域,这一区域正好位于中面层。另外,SHRP的研究成果认为:沥青路面内部温度比表面温度还高,沥青面层下2 cm处是路面温度最高的地方。因此,如何提高路面的抗重载能力和高温稳定性,是重载交通路段设计中面临的主要课题。经试验,泥岗路改造工程中在中面层AC-20沥青混合料中采用外加抗车辙剂改性的方式进行改性,提高中面层的抗车辙能力。

1 作用机理

作用机理主要有以下四个方面:1)集料增粘作用。抗车辙剂拌和时首先与集料干拌,部分熔融于集料表面,提高了集料的粘结性,相当于对集料进行了预改性;2)沥青改性作用。抗车辙剂在湿拌和运输过程中,部分溶解或溶胀于沥青中,形成胶结作用,从而达到提高软化点温度、增加粘度、降低热敏性等沥青改性的作用;3)纤维加筋作用。聚合物形成的微结晶区具有相当的劲度,在拌和过程中部分拉丝成塑料纤维,在集料骨架内搭桥交联而形成纤维加筋作用;4)变形恢复作用。抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分弹性恢复的功能,因而降低了成型沥青路面的永久变形。

2 原材料和试验方法

试验矿料级配按AC-20(Ⅰ)配制,选用的材料为台湾CPC70号重交通沥青,深圳芙蓉石场破碎石灰岩碎石,博罗石粉厂生产的石灰石矿粉,机制砂选用辉绿岩,原材料的各项指标满足JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的要求。

表1 重交沥青70号性能测试结果表

表2 粗集料性能测试结果表

具体性能试验见表1～表4。

表3 细集料性能测试结果表

表4 矿粉指标及测定结果

3 配合比设计

混合料级配采用泥岗路改造工程中面层的AC-20沥青混合料目标配比,级配曲线如图1所示。

按照JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范热拌沥青混合料配合比设计方法,在拌合温度为165℃,击实温度为150℃下,进行马歇尔最佳沥青用量设计试验,确定AC-20沥青混合料的最佳油石比为4.4%。在实际工程中,车辙王沥青混合料抗车辙剂的掺量为0.3%(质量比),为进行试验对比,实验室采用了0.3%和0.5%两个掺量,掺加0.3%和0.5%的沥青混合料抗车辙剂的沥青混合料的最佳油石比分别采用4.5%和4.6%。

4 路用性能测试

4.1 马歇尔试验

按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程的试验方法对沥青混合料的马歇尔指标进行了测试,以分析掺加抗车辙剂对沥青混合料体积指标的影响。

从试验结果可以看出,掺加抗车辙剂后,沥青混合料的各项体积指标都没有很大变化,马歇尔稳定度有比较明显的增加。

4.2 水稳性检验

从试验结果可以看出,掺加车辙剂对沥青混合料的水稳定性有明显提高,并且常规和浸水马歇尔稳定度都高于空白样。

4.3 高温车辙性能

AC-20混合料试验结果见表5,表6。

表5 AC-20混合料车辙试验结果

表6 AC-20混合料冻融劈裂试验结果

从上述试验结果可以看出:1)掺加车辙剂对沥青混合料的高温稳定性有显著的提高,掺加0.3%的抗车辙剂车辙动稳定度由空白样的1 698次/mm提高到7 000次/mm以上,远远高于规范要求的3 000次/mm,因此实际工程中采用0.3%的掺量是合理的。2)掺加抗车辙剂后,沥青混合料马歇尔试验的流值增大,这符合改性沥青混合料的流值增大规律。3)沥青混合料浸水48 h马歇尔稳定度有显著增大,残留稳定度明显提高,说明添加车辙王添加剂后,沥青混合料的水稳定性得到明显提高。4)马歇尔试验的稳定度在添加3‰车辙王添加剂后,明显比空白样得到提高。5)掺加车辙剂后,劈裂强度绝对值和冻融劈裂强度比都有所提高。

5 施工工艺控制措施

5.1 拌和

使用抗车辙剂需要适当提高集料加热温度和沥青加热温度。一般情况下,掺加沥青混合料添加剂后,石料加热温度为190℃～200℃,沥青加热温度为160℃～170℃。拌和后混合料的温度为170℃～185℃。

5.2 摊铺、碾压

将摊铺机熨平板预热到120℃左右,然后将沥青混合料卸到受料斗内摊铺,摊铺速度一般为2 m/min～3 m/min,松铺系数一般为1.15,摊铺温度为160℃～170℃。对于骨架密实型沥青混合料,可以采用紧跟摊铺机,采用紧跟慢压工艺压实,初压温度为160℃～170℃;对于悬浮密实型沥青混合料,初压温度为150℃～160℃,初压采用 12 t左右的钢轮压路机,静压1遍,然后用 26 t胶轮压路机碾压2遍,用12 t钢轮振动压路机振压2遍,最后用12 t的钢轮压路机静压1遍,其终压温度不低于100℃。从施工现场情况看,掺加沥青混合料抗车辙剂后,AC-20(Ⅰ)沥青混合料在碾压过程中没有产生任何推移,施工控制基本上和改性AC-20的控制方法相一致,各种指标非常良好。

6 试验检测

6.1 马歇尔试验

拌和楼取样马歇尔试验结果见表7。

表7 拌和楼取样马歇尔试验结果

6.2 车辙试验

拌和楼取样车辙试验结果见表8。

表8 拌和楼取样车辙试验结果

从取样试验结果可以看出,所得数据与试验数据接近,证明抗车辙剂在拌和中能在沥青混合料中分散均匀,并发挥相应的作用。泥岗路从通车至今近半年,从目前的路面使用情况看,经过高温、暴雨多以及重载交通的作用,路面各项指标完全达到预期效果。

7 结语

1)掺加沥青混合料抗车辙剂后,沥青混合料的各项性能得到显著提高,尤其是动稳定度提高的幅度较大,远远超过规范要求的3 000次/mm,这对于高温,重载交通的路段具有很高的使用价值。2)掺和抗车辙剂后的沥青混合料水稳定性有明显改善,能够在很大程度上提高沥青路面的水损害。3)外掺沥青混合料抗车辙剂施工工艺简单,施工简便,具有较高的实用价值。

[1] JTJ 036-98,公路改性沥青路面施工技术规范[S].

[2] 华南理工大学道路工程研究所.湖南临长高速第六合同段沥青路面早期破损试验分析报告[R].2003.

[3] 湖南大学土木建筑工程检测中心.临长高速第六合同段沥青路面调整与试验报告[R].2003.