复合增效型MAC沥青混合料技术及应用

徐 卿，蒋小旦，谢 鹏（江苏省常州市公路管理处，江苏 常州 21300）



复合增效型MAC沥青混合料技术及应用

徐 卿，蒋小旦，谢 鹏
（江苏省常州市公路管理处，江苏 常州 21300）

车辙病害是目前干线公路中最常见的沥青路面损坏现象，文章通过改进级配，在沥青混合料中掺入复合增效剂，形成一种新型复合增效型MAC沥青混合料，室内评价及工程试验路表明，复合增效型MAC沥青混合料不仅能改善混合料高温抗车辙性能，还具有较好的降温效果，能极大地改善沥青混合料的压实特性，延长可施工时间。

复合增效剂；MAC沥青混合料；配合比设计；路用性能

目前，车辙病害是干线公路中最常见的沥青路面损坏现象，已成为干线公路建设与养护管理的重点工作。随着经济的高速发展，干线公路交通量迅猛增长，重载车辆数量急剧上升。许多地区运输车辆的轴载远远大于国家规定的轴限标准，超重载交通必然对干线路面结构造成极为严重的损坏。渠化重载交通和超载现象的普遍存在使公路沥青路面抗车辙能力面临重大的挑战，近年来连续高温气候频发等因素的影响，路面车辙、推移病害层出不穷，路面坑槽成串、严重龟裂成片、翻浆沉陷严重，严重影响行车舒适度、行车安全和路面结构的使用寿命。在重载车辆比例较大的路段上，出现了“当年修，来年坏”的现象，给养护管理部门带来相当大的压力。不仅大大增加路面的养护维修工作量和养护维修费用，影响路面的使用质量和技术品质，而且也给公路部门造成了经济损失，极大地影响了投资效益。在病害处置中，由于病害范围较小，施工作业面小，工程量少等问题导致路面的施工质量降低，所以需要一种既能改善施工和易性又具有较高抗车辙性能的沥青混合料。本文对复合增效型MAC沥青混合料技术进行介绍，客观评价了该混合料的高温性能、降温特性等指标。

1　MAC沥青混合料

MAC沥青混合料是一种使用特殊复合增效剂，并对混合料设计进行针对性调整，配合而成的新型沥青混合料。

复合增效型添加剂主要是利用其分子量在10 000～15 000的高分子聚烯烃有机成分调节剂，调整沥青组分及分子量分布的原理实现提高高温和降温复合增效的特性。即当温度升高时，复合增效剂中的长链脂肪烃通过吸附沥青中与它本身结构相近似的饱和组分产生溶胀，溶解形成稳定不离析的溶液，加速沥青熔化，进而降低其运动粘度；当温度降低时，复合增效剂在沥青中形成网状的晶格结构，进而锁定这些饱和组分，增加沥青稳定性，提高其抗车辙性能，从而达到复合增效的作用。

1.1MAC沥青混合料配合比设计

（1）原材料检测结果

复合增效型沥青混合料配合比设计采用马歇尔试验方法［1］，沥青采用改性沥青，其原材料检测结果如表1所示，所用集料MAC-13为玄武岩，MAC-20为石灰岩，其检测结果如表2所示。

表1　改性沥青试验结果

（2）配合比设计结果

对MAC-20和MAC-13沥青混合料进行目标配合比设计［2］，级配设计结果如图1所示、混合料试验设计结果如表3所示。

表2　集料试验结果

图1　MAC沥青混合料级配设计结果

（3）沥青混合料性能验证

室内对MAC-20和MAC-13沥青混合料进行了性能验证，性能验证结果如表4所示。

表3　最佳油石比及体积指标

表4　MAC型沥青混合料性能试验结果

通过混合料级配调试和相关验证试验，表明所设计的MAC-20和MAC-13沥青混合料的抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能都满足要求。

1.2不同级配类型沥青混合料性能比较

本文选择了采用Suppave类型掺某种抗车辙剂材料与MAC型沥青混合料进行了高温性能、低温性能及抗水损害性能比对。试验结果如图2～图5所示。

由图可知：（1）从高温稳定性来看，采用某类型抗车辙剂的Sup20型沥青混合料动稳定度最好，其次为采用增效剂MAC-20型沥青混合料，最后为不掺加任何添加剂的Sup20型沥青混合料；（2）从低温抗裂性能试验结果来看，3种类型破坏应变基本变化不大；（3）从抗水损害的性能试验结果来看，马歇尔残留稳定度结果基本相同，从劈裂强度比值TSR来看，采用复合增效型MAC-20型沥青混合料劈裂比值最好。

图2　高温稳定性能

图3　低温抗裂性能

1.3降温特性

对于复合增效型MAC沥青混合料是否具有降温特性，本节以MAC-13为例，对于具有降温效果的沥青混合料采用降温压实比R来对降温效果进行测试评价。R根据式（1）进行计算得到：

图4　浸水马歇尔试验

图5　冻融劈裂试验

式中：R为降温压实比，需≤1.25；（N92%）T为压实温度为T时，室内试件达到92%理论压实度的旋转压实次数；（N92%）T-30为压实温度在T-30℃时，室内试件达到92%理论压实度的压实次数。

对比掺与不掺复合增效剂的压实次数结果，如图6所示：

图6　不同温度下达到92%理论密实度的旋转作用次数（MAC-13）

从图中可以看出，同一温度下，添加复合增效型沥青混合料达到92%理论密实度的旋转作用次数，比正常情况下要少。从降低30 ℃的压实作用结果来看，其降温压实比R=13/11=1.18，能够满足≤1.25的要求。

在MAC-13混合料中添加复合增效剂后，不同成型温度下，对混合料空隙率和抗水损害性能影响如图7所示。

图7　不同温度下复合增效剂对混合料性能指标的影响（MAC-13）

对改性沥青混合料，当145 ℃成型时，空隙率为3.1%，冻融劈裂强度比值≥85%，表明降低成型温度后，仍具有较好的抗水损害性能。

上述结果表明，复合增效剂具有较好的降温效果，能极大地改善沥青混合料的压实特性，延长可施工时间。

1.4特定荷载下复合车辙板动稳定度试验

通过对交通量、车辆类型、超载状况的调查和重载、重载车辆的作用对路面结构影响的观测和分析［3］，提出了采用特大型车辆（6轴），实测最大轴载对应轮压值1.05 MPa，所以室内使用轮碾法，采用轮压1.05 MPa，采用6 cmMAC-20+4 cmMAC-13成型复合车辙板，试验温度为60 ℃，模拟干线公路特定荷载下车辙状况。试验结果如表5所示。结果表明采用复合增效型MAC20+MAC-13沥青路面结构具有良好的抗车辙性能。

表5　MAC沥青混合料复合板车辙试验结果

2　工程应用

以某省道改造工程为例，原路面结构为8 cmSup-20+4 cmSMA-13，因交通量大、重载车辆多，路面车辙病害严重，统计调查数据表明此路段的重载车辆所占比例高达70%，易知在此路段荷载作用是致使路面短期内出现病害的主要原因。另一方面，下面层沥青混合料抗车辙性能有待提高，大量的车辙病害现场取芯调查表明，出现变形较为明显的是下面层，更应重视其材料设计，以减少路面结构车辙，针对以上问题，以改善沥青混合料施工和易性、提高沥青混合料的高温稳定性能为出发点，采用了6 cmMAC-20+4 cmMAC-13作为沥青路面结构。

2.1施工工艺

在拌合楼生产时，复合增效剂可直接投入到沥青混合料中，较为方便。为确保压实效果，MAC沥青混合料采用与传统AC类型沥青混合料摊铺及碾压相同的工艺，现场采用1台ABG7630型摊铺机单幅摊铺，2台双钢轮振动压路机和2台胶轮压路机进行碾压，碾压工艺如表6所示。

2.2试验路检测

室内对复合增效型MAC沥青混合料进行了马歇尔稳定度试验，试验结果符合设计要求。现场对已经摊铺完成的MAC沥青路面进行了芯样厚度、压实度和渗水系数等指标检测，检测结果均符合设计要求，理论压实度检测结果如图7所示，均满足设计指标要求。

表6　施工碾压方案

图7　芯样压实度检测结果

通车1年后 ，对沥青路面进行了车辙深度、平整度、渗水检测，检测结果均符合设计要求，未见明显的病害发生，说明MAC型沥青混合料路用性能良好。

3　结论

本文通过对复合增效型MAC沥青混合料设计、混合料性能、降温特性及复合车辙板等方面进行分析评价，并进行了工程应用，得出了如下结论：

（1）复合增效型MAC沥青混合料具有高温降粘、中温增粘的特点，可以明显改善沥青混合料的高温性能和施工压实性能，并对抗水损害性能有一定提高。

（2）通过传统混合料标准车辙板试验、某典型抗车辙型混合料性能比较及路面结构复合板车辙试验验证了复合增效型MAC沥青混合料具有良好综合性能，同时具有突出的高温性能。

（3）复合增效型MAC沥青混合料具有较好的降温效果，能极大地改善沥青混合料的压实特性，具有延长可施工时间、改善施工和易性的效果。

（4）试验路的应用与观测表明，复合增效型MAC沥青路面具有良好的路用性能。

［1］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.

［2］JTG D50—2006公路沥青路面设计规范 ［S］.

［3］张敏江，石岩，王新波，等.车辆超载对沥青路面结构的影响分析［J］.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2008，24（1）：16-20.

Application Research on Composite-enhanced MAC Asphalt Mixture

Xu qing， Jiang Xiaodan， Xie Peng
（Changzhou Highway Administration， Changzhou 213000， China）

Currently， rut disease is the most common damage phenomenon for asphalt pavement of arterial highways. This paper improved gradation and adding composite synergist into the asphalt mixture to form a new composite-enhanced MAC asphalt mixture. The laboratory evaluation and engineering test road showed compound synergistic MAC asphalt mixture would not only improve the high temperature rutting resistance， also had good cooling effect， which could greatly improve the compaction characteristics of asphalt mixture and extend the construction time.

compound synergist； MAC asphalt mixture； mix design； pavement performance

U414

A

1672-9889（2016）02-0004-03

徐卿（1981-），男，江苏常州人，工程师，主要从事公路建设管理工作。

（2015-07-03）