沥青路面交叉口新型车辙处治材料的综合应用研究

谢斌XIE Bin

（扬州市公路事业发展中心，扬州 225000）

0 引言

交叉口路面车辙病害是指交通荷载作用下，机动车轮胎在路面上滚动形成的凹槽或者凸起[1]。波浪形变是国道路面交叉口常见的病害之一，主要表现为路面上出现波浪状起伏形变，给车辆的行驶带来不适和颠簸感。这种病害会严重影响驾驶者的行车安全和舒适性，同时也会增加车辆的维护成本[2-3]。

人们提出了处治沥青路面车辙病害的各类措施，初期上面层开始使用SBS 改性沥青混合料SMA-13 和Sup-13等结构，但由于其成本较高，大多用于车辙需求较高的路段，且规模相对较小[4-5]。近些年来，最为普遍的是采取各种各样的改性沥青，其中抗车辙剂和高模量沥青因其具有良好的路用性能[6-7]而得到了越来越广泛的应用。两种材料都是环保、经济、效益显著的先进道路材料，对于提高道路承载能力、降低维护成本，具有重要意义[8]。

沥青路面交叉口因其车辙较为严重，但目前只在上面层或者中面层使用改性沥青，这种单层改性沥青混合料并不能有效地解决交叉口车辙病害，因此，本文依托华东某国道交叉口路面改造工程，分别将高模量沥青混合料和抗车辙剂沥青混合料用于下、上面层，复合使用两种改性沥青混合料，其路面铺装结构为下面层6cm 高模量沥青混合料HMAC13+上面层抗车辙剂沥青混合料Sup13，对两类沥青混合料的性能进行了检测，并铺筑了实体工程，可为今后此类技术在道路交叉口路面铺装养护维修的应用与推广提供参考。

1 原材料

1.1 集料和填料

本试验粗集料采用玄武岩集料，细集料选用石灰岩集料。所选用的集料符合石质坚硬、清洁、干燥、无风化颗粒、不含杂质的条件。填料为石灰岩矿粉。根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）对其各项性能检测，结果见表1～表2。可见，本次所用矿料性能均满足规范要求。

表1 矿料筛分结果

表2 填料性能指标及试验结果

1.2 沥青

本试验选用PG 76-22 型号改性沥青，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）对沥青性能指标进行检测，测试结果见表3。本次所用沥青的性能指标均符合相关规范要求。

表3 SBS 改性沥青性能指标及试验结果

1.3 高模量剂

复合高模量剂由某路面材料公司生产，外观为黑色颗粒状固体，具体技术指标见表4。各项指标均满足规范要求。高模量剂可替代部分沥青，本次高模量掺量为矿料质量的1%。

表4 复合高模量剂技术要求

1.4 抗车辙剂

抗车辙剂由某路面材料公司所生产，外观为黑色颗粒状固体，掺量为矿料质量的0.3%，各项技术指标见表5，均满足规范要求。

表5 抗车辙剂技术指标

2 沥青混合料级配设计

经过实验室反复调试，确定高模量沥青混合料HMAC-13 油石比为5.2%（1%高模量剂+4.2%沥青），拌合温度为180℃，成型温度为160℃。抗车辙剂沥青混合料Sup-13 油石比为4.8%，拌合温度为180℃，成型温度为160℃。两种沥青混合料的典型级配范围如表6～表7。

表6 高模量沥青混合料HMAC-13 级配范围

表7 抗车辙剂沥青混合料Sup-13 级配范围

3 沥青混合料路用性能检测

3.1 高模量沥青混合料HMAC-13 路用性能检测

对HMAC-13 的路用性能进行了测试，并选择了某同类产品进行对比，结果如表8 所示。

表8 高模量沥青混合料HMAC-13 路用性能指标

从表8 可以看出，相比于同类产品，高模量沥青混合料HMAC-13 力学性能更为出色，马歇尔稳定度达到了16.2kN，较同类产品提升了12.3%；在高温性能方面，高模量HMAC-13 的动稳定度达到了8670 次/mm，较同类产品提升了25.5%，高温抗车辙性能显著，表明高模量HMAC-13 路面在荷载作用下更不易变形，具有更小的车辙深度。究其原因，在于本次使用的高模量剂具有较大的模量，在相同荷载作用下的变形更小，并且掺量较高（达到了矿料质量的1%），因此具有比较优异的高温性能。水稳定性方面，在浸水作用下，高模量HMAC-13 和同类产品的残留稳定度比分别为89.2%和86.5%，抗水损害性能略微提升。考虑到高模量HMAC-13 是应用到下面层，受低温影响不大，因此本研究没有对其低温抗裂性能进行测试。

3.2 抗车辙剂沥青混合料Sup-13 路用性能检测

对Sup-13 的路用性能进行了测试，并与未添加抗车辙剂的常规SBS 沥青混合料进行对比，结果如表9 所示。

表9 抗车辙剂沥青混合料Sup-13 路用性能指标

从表9 可以看出，相比于SBS 改性沥青混合料Sup-13，抗车辙剂沥青混合料Sup-13 马歇尔稳定度达到了其2 倍左右，流值无显著变化，力学性能显著提升。高温性能方面，在60℃车轮荷载作用下，抗车辙剂沥青混合料的动稳定度较添加之前大幅提升了92.5%，达到了10680 次/mm，效果非常明显；低温性能方面，在-10℃下，低温断裂应变较SBS 改性沥青混合料Sup-13 略微提升，达到了2827，均满足规范要求；水稳定性方面，在浸水作用下，抗水损害性能略微降低，但仍满足规范要求。可见，抗车辙剂主要对Sup-13 沥青混合料的高温性能提升显著，对于低温性能和水稳定性影响不大。究其原因，抗车辙剂是一种硬质的高分子材料，硬度高，融化之后与沥青形成三维交叉网络，其具有较高的粘度，可以限制集料的运动，对沥青混合料的高温抗变形性能具有明显的改善作用。

4 工程应用

针对华东某国道交叉口进行高模量与抗车辙剂沥青路面铺装结构进行试验段实施应用。使用范围为第一车道停止线60m 范围内。

4.1 高模量沥青混合料施工

在正式施工前，检查所有机械设备，保证其正常使用状态。

高模量沥青混合料生产仅添加复合高模量剂投放环节，本研究采取人工投料方式。事先将高模量剂进行小袋包装，每一小包的重量和拌和楼的每盘产量相匹配。先将高模量剂与集料进行干拌，本次工程干拌时间15 秒，然后加入改性沥青进行拌和，拌和时间约40 秒。高模量沥青混合料运输采用大吨位自卸式汽车，运输前后移动，料车分前、中、后三次装料。运料车有良好的篷布覆盖设施，卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束取走篷布，以资保温。严格控制高模量沥青混合料的施工温度，其施工温度范围按照表10 控制。现场配备温度检测设备，经检测，运输至现场温度检测为182.2℃，摊铺温度175℃，符合要求。

表10 HMAC-13 沥青混合料施工控制温度

高模量沥青混合料松铺系数1.2，摊铺速度控制为2～4m/min，碾压方案如表11 所示。高模量沥青混合料的压实对温度比较敏感，为保证压实度和平整度，初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在摊铺后较高温度下进行。如有粘轮现象，必要时可喷涂清水或皂水，不得向压路机轮上涂油或油水混合液以避免溶解沥青。在碾压过程中，当路面温度下降到110℃左右时，可安排胶轮压路机补复压一遍，以保证沥青混合料的平整度。

表11 HMAC-13 沥青混合料碾压方案

4.2 抗车辙剂沥青混合料施工

抗车辙剂沥青混合料生产与普通沥青混合料生产基本相似，主要的不同之处在于需将抗车辙剂加入拌合锅中进行拌合，本研究采用人工投料方式。事先将抗车辙剂进行小袋包装，每一小包的重量和拌和楼的每盘产量相匹配。先将抗车辙剂与集料进行干拌，本次工程干拌时间10秒，然后加入改性沥青进行拌和，拌和时间约40 秒。运输采用大吨位自卸式汽车，运输前后移动，料车分前、中、后三次装料。运料车有良好的篷布覆盖设施，卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束取走篷布，尽量减少沥青混合料在运输过程的温度散失。严格控制高模量沥青混合料的施工温度，其施工温度范围与高模量沥青混合料相同，按照表10 所示进行控制。

现场配备温度检测设备，经检测，运输至现场温度检测为180.6℃，摊铺温度173.5℃，符合要求。摊铺速度3m/min，碾压方案如表12 所示。

表12 Sup-13 沥青混合料碾压方案

经施工后检测，高模量HMAC-13 和抗车辙剂Sup-13的压实度、渗水系数等指标均满足相关规范要求，表明此次施工较好地实现了施工目标。

开放交通后，对路段进行了持续跟踪，经使用半年后，交叉口区域高模量与抗车辙剂沥青路面铺装使用良好，无任何病害，应用效果显著。

5 结语

本文依托华东某国道交叉口路面改造工程，对高模量与抗车辙剂沥青混合料复合使用的交叉口路面铺装结构进行研究。①采用高模量沥青混合料HMAC-13，稳定度达到了16kN，60℃动稳定度达到了8000 次/mm，极大地提升下面层力学性能与抗车辙性能，同时抗水损害性能满足要求。②采用抗车辙剂沥青混合料Sup-13，稳定度达到了18kN，60℃动稳定度达到了10000 次/mm，远超了技术规范要求，能够大幅减少交叉口沥青路面，同时，低温抗裂性能与水稳定性能有略微提升。③采用6cm 高模量沥青混合料HMAC-13+4cm 抗车辙剂沥青混合料Sup-13 路面铺装结构，对某国道交叉口路面进行了施工工程的实施，经半年观测，铺装整体使用效果良好。