RK300高模量改性劑在公路養(yǎng)護中的應用

劉喆　李禎

摘要：為了研究RK300高模量瀝青改性劑在公路養(yǎng)護中的應用，通過對比RK300高模量瀝青混凝土與SBS改性瀝青混凝土的路用性能分析了RK300的改性機理，并將RK300改性劑應用于南陽市S103段試驗路。結(jié)果表明：RK300高模量改性瀝青混凝土的路用性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混凝土和普通瀝青混凝土，其抗車轍動穩(wěn)定度是SBS改性劑瀝青混合料的2倍以上，且其低溫抗彎拉性能和水穩(wěn)定性也顯著提高。

關鍵詞：公路養(yǎng)護；改性機理；高模量改性劑；瀝青混合料

中圖分類號：U418.4文獻標志碼：B

Abstract： In order to study the application of RK300 high modulus modifier in highway maintenance， the modification mechanism of RK300 was analyzed by comparing the road performance of RK300 modified asphalt concrete with SBS modified asphalt concrete， and the RK300 modifier was applied to the test road of S103 section in Nanyang. The results show that the performance of RK300 modified asphalt concrete is better than that of SBS modified asphalt concrete and ordinary asphalt concrete； its antirutting dynamic stability is 2 times more than that of SBS modified asphalt mixture， and the lowtemperature flexural and tensile strength and water stability are also significantly improved.

Key words： highway maintenance； modification mechanism； high modulus modifier； asphalt mixture

0引言

南陽市地處中原，屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，四季替換較為明顯，加之南陽地區(qū)公路交通量日益增大，瀝青路面產(chǎn)生了大量車轍。車轍的實質(zhì)是夏季高溫、太陽輻射等因素使得路面溫度升高，而瀝青路面吸熱大，致使瀝青混凝土達到甚至超過瀝青結(jié)合料的軟化點，在車輪荷載反復作用下產(chǎn)生壓縮和剪切流動變形，從而形成轍槽[15]。轍槽內(nèi)如果積水極易導致交通事故，而傳統(tǒng)的瀝青路面材料和施工工藝不足以有效解決車轍問題。

目前，行業(yè)內(nèi)主要采用改性瀝青提高路面的使用性能，改性劑種類較多且性能也有不同程度的差異[67]。孫志林等人研究了路孚800、TPS（TAFPAVKSuper）、Sasobit、

SBS及PE改性劑對瀝青混合料疲勞性能的影響，結(jié)果表明TPS和SBS改性瀝青混合料的抗疲勞性能顯著改善，且使用劑量影響改性效果[8]；陳華鑫等通過加入10%的硫磺改善了SBS瀝青的存儲穩(wěn)定性，但是此法很難控制硫原子滲入SBS與瀝青發(fā)生反應[910]；陸兆峰等研究了天然巖瀝青改性瀝青混合料對路用性能的影響，結(jié)果表明巖瀝青使改性瀝青混合料的高溫性能、力學性能、抗疲勞性能和抗水損害能力有所提高，低溫性能下降[11]；沙愛民等對高模量瀝青混凝土進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明高模量瀝青混凝土可以有效解決瀝青路面的高溫車轍問題[1213]。本文通過在普通瀝青中摻加RK300改性劑，研究瀝青混合料的抗車轍能力及抗損侵害能力，并通過實體養(yǎng)護工程提出高模量RK300瀝青混合料的施工工藝，同時進一步驗證其推廣應用的可行性。

1試驗材料及混合料級配

1.1RK高模量瀝青混凝土改性劑

RK300改性劑外觀為黑色顆粒，粒徑大小均勻，無黏結(jié)，密度為0.91～0.98 g·cm-3，熔點為140 ℃～150 ℃，軟化點不小于90 ℃。推薦瀝青混凝土RK300外摻比例為03%或0.4%，其技術(shù)性質(zhì)如表1所示。

1.2試驗級配

采用AC13型級配，瀝青混合料中0～3 mm、3～7 mm、7～12 mm、12～18 mm集料及礦粉的含量分別為28%、28%、34%、6%、4%，檢測指標符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG E20—2011）對高速公路、一級公路的技術(shù)要求，摻加03%RK300高模量改性劑的AC13瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)如表2所示。

2試驗結(jié)果及分析

2.1瀝青的黏附性

為證實RK300具有良好的抗水損害能力，采用水煮法對2種瀝青的黏附性進行測試，將RK300摻入國產(chǎn)70#瀝青中，與未摻加RK300的70#瀝青進行對比試驗，所用石料為花崗巖。瀝青與石料的黏附效果見圖1、2。

由圖1、2可觀察到，未添加RK300時，瀝青沒有均勻地裹敷石料，且出現(xiàn)大面積剝落現(xiàn)象；而添加RK300后，瀝青黏附性得到了明顯改善，水煮后瀝青沒有出現(xiàn)任何剝落現(xiàn)象，仍然很均勻地裹敷著石料，黏附效果良好，說明摻有RK300的瀝青有較強的抗水損害能力。

2.2路用性能及改性機理分析

將不同RK300摻量下的改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料進行路用性能試驗，檢測結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出：RK300高模量瀝青混凝土的檢測指標均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG E20—2011）對高速公路、一級公路的要求，且遠遠高于國家規(guī)范；同時，使用RK300高模量改性劑的瀝青混凝土各項性能指標均明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混凝土和普通瀝青混凝土，尤其是抗車轍穩(wěn)定度。摻加04%RK300改性劑的瀝青混合料穩(wěn)定度約為SBS改性瀝青混合料的3倍，這是因為RK300改性瀝青的軟化點高（70 ℃以上），提高了路面的抗高溫性能，有效避免了車轍的發(fā)生。

在公路的養(yǎng)護過程中，坑槽是路面出現(xiàn)最頻繁的病害，降雨后和晚冬初春凍融時期都是瀝青路面坑槽破損的高發(fā)期。由表3可見，經(jīng)RK300改性后的瀝青混合料浸水馬歇爾殘留率升高，主要原因在于將RK300加入瀝青、礦粉攪拌，改性添加劑膜與瀝青膜形成過渡層，部分熔化后的成分在瀝青中以極為離散的狀態(tài)凝固，形成高強而穩(wěn)定的固化結(jié)構(gòu)，增強了瀝青的稠度與黏度[1417]。一部分熔化的成分及少量未熔的成分裹附在石料表面，使石料與瀝青、石料與石料之間形成搭橋作用，產(chǎn)生較大的黏結(jié)力，增加了瀝青與骨料的黏附性，使得瀝青混合料具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而大大降低瀝青路面的滲透性，提高抗水損害能力，有效避免坑槽的發(fā)生。

溫度驟然降低是瀝青路面產(chǎn)生裂縫的主要原因，即溫度應力或溫度收縮變形超過了瀝青混凝土材料的容許應力或變形[1819]。由表3可知，經(jīng)RK300改性后的普通瀝青混合料路面的低溫彈性恢復能力大大提高，添加03%RK300的瀝青混合料低溫小梁彎曲破壞應變可達到改性瀝青混合料的程度，隨著添加量的提高會大大超越改性瀝青混合料的實測數(shù)據(jù)。主要原因是：RK300熔化的成分部分在瀝青相中形成網(wǎng)格（構(gòu)成空腔狀微粒群），使瀝青混合料的韌性增強，提高了路面的彈性模量，改善其形變和快速恢復能力。

3RK300高模量瀝青混凝土改性劑的生產(chǎn)和施工

3.1RK300高模量瀝青混凝土改性劑使用方法

RK300高模量改性劑的使用極為簡便，可直接對瀝青混合料進行改性，不需要提前對瀝青進行改性，拌和站不再需要增加改性瀝青儲罐，如圖3所示。在生產(chǎn)混合料時，將礦料加熱后與RK300同時投放攪拌鍋干拌10 s，再噴入熱瀝青進行拌和，出料就是成品RK300高模量瀝青混合料，如圖4所示。

量為3 t，擁有瀝青罐4個，總瀝青儲備能力為200 t；現(xiàn)場攤鋪機1臺；13 t雙鋼輪壓路機2臺，26 t膠輪壓路機1臺；瀝青混合料運輸車10輛，每輛運輸能力為60 t。

本項目采用人工投放RK300，投放人數(shù)為3人，2人負責上料及解包，1人負責投放。因拌和站有用于運送熱再生料的履帶，所以RK300改性劑由工人投放至履帶，而后送進攪拌鍋，當石料進入拌和倉時立刻將RK300放入。瀝青稱延時放料時間為12 s（即RK300干拌時間約為10 s），噴入瀝青后的濕拌時間為35 s。

3.3.1RK300高模量瀝青混凝土的攤鋪

RK300高模量瀝青混合料采用履帶式瀝青攤鋪機攤鋪，經(jīng)測量每車瀝青混合料到場溫度為167 ℃左右。攤鋪溫度不低于160 ℃，實地抽查基本在163 ℃左右。攤鋪機緩慢、均勻、連續(xù)攤鋪，無隨意變換速度或中途停頓的現(xiàn)象，攤鋪速度控制在3～5 m·min-1內(nèi)。攤鋪機運轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，螺旋布料器兩端的自動料位器調(diào)試良好，料門開關與鏈板送料器的轉(zhuǎn)速相匹配。螺旋布料器的料量略高于螺旋布料器的中心。攤鋪機熨平板拼接緊密，無縫隙。

3.3.2RK300高模量瀝青混凝土的碾壓

（1）初壓時鋼輪壓路機緊跟攤鋪機，基本遵循慢壓、高頻、低幅的原則。碾壓溫度基本在160 ℃左右，速度為15～3 km·h-1。

（2）復壓采用1臺鋼輪壓路機連續(xù)碾壓。碾壓開始時混合料的實測溫度為140 ℃左右，碾壓速度為3～5 km·h-1

（3）終壓采用鋼輪壓路機碾壓1遍，緊跟在復壓后進行。碾壓時無推移、開裂等情況發(fā)生。碾壓速度為3～4 km·h-1，實測溫度為100 ℃左右。

（4）碾壓過程中未出現(xiàn)壓路機急轉(zhuǎn)彎、急剎車現(xiàn)象，碾壓時的路面設置有禁止通行及安全標識，禁止行人及車輛在未碾壓成型的路面上通行。

（5）碾壓后未成型的路面禁止車輛停放，并避免污染現(xiàn)象的發(fā)生。

（6）攤鋪層完全自然冷卻，混合料表面溫度低于70 ℃后可開放交通。

4跟蹤調(diào)研

2015年4月和2016年1月分別對RK300高模量瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混合料路面進行了回訪。

2015年4月回訪發(fā)現(xiàn)，RK300高模量瀝青混凝土路面和SBS改性瀝青混合料路面情況良好，沒有出現(xiàn)車轍、水損壞、脫落、麻面等路面早期病害，如圖5、6所示。

2016年1月回訪發(fā)現(xiàn)：RK300高模量瀝青路面基本情況良好，未出現(xiàn)任何車轍現(xiàn)象，除雪后路面較干燥，防滑性能良好，如圖7所示；SBS改性瀝青路面已經(jīng)出現(xiàn)車轍，存在大面積的裂縫，路面較潮濕，甚至有積水，防滑性能不如RK300高模量瀝青路面，如圖8所示。

圖8SBS改性瀝青混凝土路面（2016年1月）

5結(jié)語

本文通過對RK300高模量改性劑在干線養(yǎng)護工程中應用的研究，取得了以下主要技術(shù)成果。

（1）RK300高模量瀝青混凝土改性劑只需要對普通瀝青混凝土做改性即可，省略瀝青改性過程，使用更方便。

（2）試驗檢測數(shù)據(jù)表明，RK300高模量瀝青混凝土的動穩(wěn)定度達萬次以上，有較強的高溫抗車轍能力，低溫小梁彎曲破壞應變滿足國標要求，高、低溫性能兼具；另外，摻有RK300的瀝青有較強的抗水損害能力，其混合料的水穩(wěn)定性也得到了明顯改善。

（3）RK300高模量改性劑在河南省S103南陽段的成功應用，為其在河南省其他干線公路的進一步推廣提供了有益經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]李麗民，張國祥.抗車轍柔性基層耐久性瀝青路面車轍疲勞影響規(guī)律[J].長安大學學報：自然科學版，2015，35（3）：5966.

[2]張俊，廖克儉，閆鋒，等.基質(zhì)瀝青與 SBS 改性瀝青的老化性能分析[J].石化技術(shù)與應用，2008，26（3）：237239.

[3]王軍龍.橡膠粉與高模量復合改性瀝青混合料性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2016，33（4）：5560.

[4]楊朋，張肖寧.PE和SBS復合改性瀝青混合料路用性能[J].中南大學學報：自然科學版，2012，43（10）：40444049.

[5]WEN G，ZHANG Y，ZHANG Y，et al.Rheological Characterization of Storagestable SBSmodified Asphalts[J].Polymer Testing，2002，21（3）：295302.

[6]呂偉民.瀝青再生原理與再生劑的技術(shù)要求[J].石油瀝青，2007，21（6）：16.

[7]CASEY D，MCNALLY C，GIBNEY A，et al.Development of a Recycled Polymer Modified Binder for Use in Stone Mastic Asphalt[J].Resources Conservation & Recycling，2008，52（10）：11671174.

[8]孫志林，黃曉明，張銳，等.瀝青改性劑對瀝青混合料疲勞性能影響研究[J].公路交通科技，2008，25（4）：3336.

[9]陳華鑫，陳拴發(fā)，王秉綱.基質(zhì)瀝青老化行為與老化機理[J].合成材料老化與應用，2009，38（1）：125130.

[10]陳華鑫，周燕，王秉綱.SBS改性瀝青老化后的動態(tài)力學性能[J].長安大學學報：自然科學版，2009，29（1）：15.

[11]陸兆峰，何兆益，秦旻.采用天然巖瀝青改性的瀝青混合料路用性能[J].中南大學學報：自然科學版，2010，41（6）：24072411.

[12]沙愛民，周慶華，楊琴.高模量瀝青混凝土材料組成設計方法[J].長安大學學報：自然科學版，2009，29（3）：15.

[13]周慶華，沙愛民.高模量瀝青混凝土路面永久變形[J].長安大學學報：自然科學版，2013，33（5）：610.

[14]李廉.廢舊輪胎膠粉改性瀝青混合料低溫與疲勞性能研究[D].西安：長安大學，2012.

[15]王昊鵬，楊軍，施曉強，等.高模量瀝青混合料動態(tài)模量及其主曲線研究[J].公路交通科技，2015，32（8）：1217.

[16]王剛，劉黎萍，孫立軍.高模量瀝青混凝土抗變形性能研究[J].同濟大學學報：自然科學版，2012，40（2）：217222.

[17]趙錫娟.高模量瀝青混凝土材料組成及路用性能研究[D].西安：長安大學，2009.

[18]王輝，張肖寧.外摻劑改性高模量瀝青混合料高溫性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2013，30（11）：6366.

[19]姚軍，程寧.基于復摻礦物摻合料的高性能混凝土耐久性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2016，33（8）：4447.

[責任編輯：高甜]