Thiopave温拌改性沥青在重载交通路面工程中的应用研究

黄吉国，黄 蛟

（1．贵州省遵义公路管理局，贵州 遵义 563000；贵州省都匀公路管理局，贵州 都匀 558000）

0 引言

重载是工矿区、港口堆场和大型物流园区道路的主要交通特征。由于载荷重和交通流量大，对道路的损害严重，特别是在不利环境下路面首先被破坏，很难达到预期的设计寿命，是公路部门必须研究攻克的一大难题。为此，作者所在的课题组依托贵州G210、G326及S205国省道改扩建项目与养护工程，与宏福石化及壳牌（中国）有限公司北京试验中心合作，开展对这一课题的攻关，取得了非常显著的成果。

课题组选择了SEAM硫磺改性增塑剂对茂名普通90＃基质沥青进行改造，大幅提升了普通沥青混合料的强度和高温抗车辙能力，同时达到了温拌施工和节能减排的要求，经济效益、社会效益和环境效益十分显著，其低温抗裂性能和抗水损害能力也得到一定提升。

1 HMA重载交通路面的主要破坏特征

通过对贵州山区普遍使用的热拌沥青混合料（HMA）路面破坏形式的调查统计分析，其在重载交通条件下的主要破坏形式有四种类型：

1．1 车辙破坏

这是一种在常温特别是在高温状态下的破坏形式，属于典型的疲劳变形破坏，一般与气温呈正相关关系，主要与HMA的高温稳定性不足有关，通常发生在重交通的渠化路段，是矿区重载道路的主要破坏形式。

1．2 松散脱落

HMA在材料配合比与沥青用量都满足规范的前提下，发生上面层材料脱落、松散甚至脱皮现象，主要是超重车辆载荷与地表水共同作用的结果，特别是在急弯陡坡地段更容易发生此类病害，属于典型的水损害破坏，与HMA抗水损害能力有关，是贵州山区重载交通道路又一主要破坏形式。

1．3 开裂脆断

贵州山区国省道普遍采用水泥稳定碎石基层，在该半刚性基层完好状态下，面层出现开裂破坏，通常发生在温度偏低的冬季，长大纵坡与急弯路段是发生开裂脆断的主要地方，这与HMA低温变硬变脆、抗变形能力减弱等特性有关，也是贵州山区公路主要的破坏形式之一。

1．4 面层推移

面层推移一般发生在高温的夏季，特别是在长大纵坡和平交路段更容易发生，这主要是高温使HMA变软，造成路面板刚度不足或滑动，通常表现为波浪、拥包等病害，这与HMA的高温稳定性和层间联结有关，是山区公路常见的一种病害。

2 Thiopave沥青混合料路用性能

2．1 高温稳定性

Thiopave沥青混合料高温稳定性一般用马歇尔动稳定度来描述，通常通过车辙实验获得。它反映沥青混合料的高温抗变形能力，是衡量其抗疲劳和耐久性能的重要指标，关系到道路的使用品质和使用寿命。对实验路段Thiopave沥青混凝土进行同步实验，其动稳定度实验结果如表1所示。

表1 Thiopave沥青混凝土车辙检测结果表

从表1可知，Thiopave改性沥青混凝土动稳定度是普通沥青混凝土的2倍，说明SEAM改性剂的加入，大幅度提升了高温抗车辙能力，其耐久性成倍增加。

2．2 低温稳定性

沥青混合料低温抗裂性是评价其路用性能的主要指标，我国规范规定采用低温小梁弯曲试验对小梁弯曲破坏应变进行评价。通过实验室同步检测，其结果如表2所示。

表2 Thiopave沥青混凝土低温小梁抗弯性能实验结果表

从表2可知，Thiopave沥青混凝土低温抗裂性能与普通沥青混凝土相当（≤2%），说明SEAM改性剂的加入，虽然增加了普通沥青混凝土硬度和板体性，但对低温脆性几乎没有影响。文献［1］研究表明，要改善Thiopave沥青混凝土低温抗裂性能，只要将普通基质沥青改为SBS改性沥青，就能得到很大的提高（＞35%）。

2．3 抗水损害能力

我国规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20－2011）规定，沥青混合料抗水损害性能采用冻融劈裂强度比或浸水马歇尔试验测定的残留稳定度比来进行评价。本次仅对最佳油石比条件下的Thiopave沥青混凝土及普通HMA浸水马歇尔试验残留稳定度比进行了实验，结果如表3所示。

表3 最佳油石比条件下的浸水马歇尔实验结果表

从实验结果来看，Thiopave沥青混凝土较普通沥青混凝土抗水损害能力有所提高，但提高幅度在5%以下，即使使用的基质沥青为SBS改性沥青，抗水损害性能也不会有很大改善。

3 Thiopave温拌改性沥青试验路铺筑与效果评估

3．1 试验路原材料选定

试验路基质沥青选用茂名普通90＃石油沥青，Thiopave改性沥青选用壳牌有限公司生产的SEAM硫磺增塑改性剂通过参配获得（35／65），粗细集料均选用当地普遍使用的石灰石加工而成，矿粉采用宏福集团生产的磷渣超微粉，其物理性能见表4、表5。

3．2 Thiopave沥青混合料配合比设计

通过对石料场取样筛分结果的分析，10～15mm与0～5mm两档料不符合规范要求。为此将三档石料筛分为4档石料，即将9．5mm筛余量作为1＃料，将4．75～9．5mm筛余量作为2＃料，将2．36～4．75mm筛余量作为3＃料，将2．36mm以下的石料作为4＃料。通过试配与调整，最后得到了AC－13沥青混合料配合比设计表，如表6、表7所示。

表4 集料及沥青密度试验结果表

表5 Thiopave颗粒质量技术要求表

表6 矿料配合比及油石比设计表

表7 级配设计组成结果表

3．3 实验路铺筑

课题组依托养护中心在S205线福泉龙昌至营定街段和G210线江西坡段铺筑了3km试验路，随后又在G210线遵义娄山关和G326线草鞋垭及鸭溪运煤大道等国省道改造项目中推广运用。试验路分别铺筑在低温高寒、水损害严重、重载交通、长大纵坡和急弯陡坡特征地段。Thiopave沥青混合料上面层配合比按表6～7选用，厚度为4cm。

Thiopave温拌沥青混凝土与普通沥青混凝土施工工艺相同，对设备没有特别要求，仅在生产过程中对温度要求比普通HMA低20℃～30℃。一般重交沥青温度控制在135℃～145℃；热料仓骨料温度控制在140℃～145℃；Thiopave沥青混合料出料温度控制在120℃～145℃。施工时由于有Thiopave改性剂加入，会产生少量SO2和H2S气体，通常通过加入壳牌公司生产的除味剂W3（掺加量为Thiopave改性剂的2%左右）来消除异味。

试验段按照沥青路面施工技术规范完成后，分别进行了厚度、平整度、密实度检测和外观鉴定，全部达到设计规范要求。

3．4 效果评估

试验路铺筑完成后，分别于15d、60d、120d、240d、360d共五次进行了外观和病害检查。其结果为：所有试验段路面平整、色泽均匀，无车辙变形，无松散脱落，无裂缝、无推移，路面泌水密实。工后2～4年继续对试验段和推广运用的其它路段进行跟踪观察，发现仅有重载交通的急弯陡坡路段在冬季局部面层有轻微的贫油和泛白现象，其余路段完好无病害。

通过对Thiopave沥青混合料的技术经济分析，发现其成本与普通HMA相当，说明其性价比高，具有很高的推广应用价值。同时，由于施工温度和出料温度比普通HMA低20℃～30℃，具有温拌特征，所以节能减排效果也非常明显。

4 结语

考虑工程实际与现实需要，通过一系列室内实验与现场实践，经大量分析研究得出以下基本结论：

（1）Thiopave温拌改性沥青用于重交通路面是有效可行的，它能增强路面板体性，特别是在高温环境下能大幅度提高沥青混合料的抗车辙和抗变形能力；

（2）Thiopave改性剂对普通基质沥青的低温抗裂性和抗水损害能力改善不大，但也不会使其脆性性能变差；

（3）Thiopave沥青具有温拌特性，因此具有节能降耗、减少粉尘和碳排放的绿色环保效果；

（4）Thiopave沥青混合料施工工艺与普通HMA相同，不需要专门设备，经济成本也与普通HMA相当。

综上所述，用Thiopave温拌改性沥青处治重载交通特殊路段，在技术上是有效的，经济上是可行的，环境上也是有保障的，因此具有很大的推广价值和应用前景。