MAC改性瀝青在SMA路面中的應(yīng)用

陳 利 平

(山西遠(yuǎn)大公路橋梁建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司，山西 忻州 034000)

MAC改性瀝青是一種新型的路面材料，在美國(guó)、加拿大等國(guó)家已有二十余年的使用經(jīng)驗(yàn)。與我國(guó)常用的SBS改性瀝青相比，路用性能不相上下，但改性費(fèi)用只有SBS的60%，性價(jià)比高。由于經(jīng)濟(jì)效益顯著，MAC改性瀝青在我國(guó)一些省市的高速公路新建或改擴(kuò)建工程中得到廣泛應(yīng)用，使用效果良好，瀝青路面耐久性和高溫穩(wěn)定性顯著提高。

MAC改性瀝青具有較高粘度和穩(wěn)定性(如圖1所示)，高溫時(shí)瀝青粘度是普通瀝青的10倍，是SBS改性瀝青的2倍，特別適用于粗集料骨架(嵌擠)結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于SMA結(jié)構(gòu)，能保證骨料表面有較厚的瀝青膜，不加纖維穩(wěn)定劑，也不析漏。在保證使用性能的條件下，使SMA降低材料成本20%左右，同時(shí)減少施工難度，大幅降低工程造價(jià)。

1 概述

MAC改性瀝青，是多級(jí)瀝青的縮寫，英文全稱：MULTIGR ADEASPHALT CEMENT，具有粘度大、軟化點(diǎn)高、感溫性小、抗老化性能好等優(yōu)點(diǎn)。與我國(guó)常用的AH-70基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能比較(見表1)，可以看出，基質(zhì)瀝青的溫度敏感性明顯高于MAC瀝青。在拌制的混合料抗老化性能對(duì)比上，MAC改性瀝青要明顯比基質(zhì)瀝青優(yōu)越。SBS是我國(guó)使用最多的改性瀝青，將其與MAC進(jìn)行性能對(duì)比，SBS的粘度和抗老化性能明顯不如MAC，但其在彈性恢復(fù)和低溫勁度上比MAC略強(qiáng)。

表1 MAC-70號(hào)與AH-70性能對(duì)比

在我國(guó)開展的研究表明，MAC改性瀝青可將瀝青PG等級(jí)由PG64-22提高到PG76-22,PG82-28，軟化點(diǎn)達(dá)到80 ℃以上。將MAC改性瀝青應(yīng)用于路面鋪筑，可使得路面性能得到全面提升，使得成型后的路面耐久性和抗車轍能力顯著提高，路面發(fā)生的病害明顯減少，路面壽命得到有效延長(zhǎng)。

SMA路面(英文：Stone Matrix Asphalt，簡(jiǎn)稱SMA)是一種新型的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，在高速公路路面鋪設(shè)中使用最多，具有抗車轍能力強(qiáng)，耐高溫、抗低溫、穩(wěn)定性好、不開裂、不透水、防水性能好、路面噪聲小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。與普通瀝青碎石路面相比，SMA路面的特點(diǎn)在于瀝青用量大(一般在6%左右，是普通瀝青路面的2倍)，粗集料多，礦粉高達(dá)10%。

在SMA路面施工中應(yīng)用MAC瀝青，能充分利用其高粘度的特性，在集料表面形成較厚的瀝青膜而不發(fā)生離析，增強(qiáng)瀝青與集料的粘結(jié)力，有效阻止水分侵入，在起到抗水毀作用的同時(shí)，還具有顯著的高溫抗車轍能力，能顯著提升路面的耐久性。

在某高速公路施工中，路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)如下：4 cm厚SMA上面層(MAC瀝青)+5 cm厚AC-20中面層+6 cm厚AC-25下面層，成型后的路面壓實(shí)度99%、現(xiàn)場(chǎng)空隙率5.4%、構(gòu)造深度0.86，各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且混合料和易性好。筆者對(duì)該MAC瀝青SMA路面施工中的各工序要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，以期借鑒。

2 混合料設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在瀝青混合料中，配合比設(shè)計(jì)和施工水平是影響路面質(zhì)量和使用壽命的最直接因素，須重視和采取有效措施確?；旌狭显O(shè)計(jì)質(zhì)量。

MAC改性瀝青SMA混合料和普通瀝青SMA混合料的設(shè)計(jì)方法基本相同，不同之處在于粘結(jié)料采用MAC改性瀝青時(shí)，可添加纖維穩(wěn)定劑,也可不添加。本項(xiàng)目選擇添加纖維穩(wěn)定劑。

MAC改性瀝青須在高溫下進(jìn)行澆模。由于MAC改性瀝青的高溫粘度大，要想實(shí)現(xiàn)在較低溫度下基質(zhì)瀝青或其他改性瀝青就能達(dá)到的流體狀態(tài)，達(dá)到真實(shí)的軟化點(diǎn)結(jié)果，就須加熱到更高溫度，使得瀝青完全融化均勻。

與SBS改性瀝青相同，制備MAC改性瀝青混合料試件時(shí)，從粘溫曲線得到的拌和與擊實(shí)成型溫度太高。在進(jìn)行的混合料配合比試驗(yàn)中，應(yīng)根據(jù)不同的混合料類型采取適宜的溫度，一般拌和溫度控制在170 ℃～190 ℃，SMA混合料擊實(shí)成型溫度控制在170 ℃～175 ℃。在進(jìn)行配比設(shè)計(jì)時(shí)，MAC改性瀝青混合料中的瀝青用量應(yīng)不高于基質(zhì)瀝青用量。

由于馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝不同，且混合料拌和精度誤差必然存在，可降低0.1個(gè)百分點(diǎn)的瀝青用量，有助于防止路面泛油和空隙率偏低。在本項(xiàng)目中，確定最佳瀝青用量為5.7%，確定10 mm～20 mm∶5 mm～10 mm∶砂∶礦粉∶瀝青用量=42∶34∶14∶10∶5.8。

3 原材料質(zhì)量

在SMA路面施工中，為確保路面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，須做好混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，從源頭上進(jìn)行原材料質(zhì)量控制，堅(jiān)持對(duì)施工各環(huán)節(jié)采取有效的質(zhì)量控制措施。

1)MAC改性瀝青。SMA路面采用MAC70號(hào)(麥克)改性瀝青。2)粗集料。在SMA混合料中，粗集料起嵌擠作用，須用堅(jiān)硬、粗糙的硬質(zhì)石料。在本項(xiàng)目施工中，采用10 mm～15 mm,5 mm～10 mm兩組玄武巖石料，要求表面粗糙，棱角性好，其中的針片狀含量控制在9.9%以下，壓碎值7.7%，磨光值55BPN，與瀝青的粘附性達(dá)到4級(jí)。3)細(xì)集料。采用玄武巖機(jī)制砂，具有一定的粗細(xì)級(jí)配。4)礦粉。SMA混合料中的礦粉用量大，礦粉質(zhì)量直接影響混合料質(zhì)量。本項(xiàng)目采用磨細(xì)的石灰?guī)r粉，嚴(yán)禁使用回收粉。為提高混合料質(zhì)量，在礦粉中摻加占礦粉總量30%且不超過礦料總量2%的生石灰粉。5)纖維穩(wěn)定劑。采用木質(zhì)素纖維，技術(shù)指標(biāo)見表2，摻量為混合質(zhì)量的0.3%。

表2 采用的木質(zhì)素纖維檢測(cè)結(jié)果

4 施工要點(diǎn)

MAC改性瀝青的最大特性在于粘度高，要明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，作為SMA混合料的粘結(jié)料使用特別適用。

MAC瀝青混合料施工與普通瀝青沒有多大區(qū)別。只是在進(jìn)行施工溫度控制時(shí)，要求有較高的施工溫度(比SBS改性瀝青高)，MAC瀝青溫度較普通瀝青高10 ℃～20 ℃,要特別注意進(jìn)行碾壓溫度控制，要求碾壓終了溫度不低于110 ℃，壓實(shí)作業(yè)須嚴(yán)格遵循“高溫、強(qiáng)振、快壓”的原則進(jìn)行。

4.1 MAC改性瀝青生產(chǎn)

在基質(zhì)瀝青中摻加適量MAC改性劑，攪拌均勻后，通過系列的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)出大量的極性物質(zhì)，進(jìn)行聚集后形成網(wǎng)狀格架結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)瀝青的內(nèi)聚力，同時(shí)增強(qiáng)瀝青與集料表面的粘附力。在MAC改性瀝青生產(chǎn)中，采用的基質(zhì)瀝青應(yīng)為中間基瀝青。在本項(xiàng)目施工中，MAC改性劑由山東華瑞道路材料公司生產(chǎn)，使用AH-70道路瀝青為基質(zhì)瀝青。生產(chǎn)流程：在反應(yīng)罐中，將基質(zhì)瀝青加熱至195 ℃～200 ℃。開動(dòng)攪拌機(jī)，同步緩慢勻速加入改性劑。改性劑摻量按基質(zhì)瀝青2.5%(外摻)進(jìn)行控制，投料時(shí)間控制在20 min左右。繼續(xù)不間斷攪拌30 min，同時(shí)上下打循環(huán)攪拌20 min，改性瀝青出料，出廠裝車溫度控制在180 ℃。要求做到每罐改性瀝青必檢，進(jìn)行軟化點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，要求軟化點(diǎn)指標(biāo)不低于70。MAC改性瀝青運(yùn)到拌和廠后，直接泵送入瀝青儲(chǔ)存罐中，不允許使用鋁制容器進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ)。要求將瀝青裝車溫度控制在180 ℃，運(yùn)到拌和廠的溫度應(yīng)不低于150 ℃，須將裝卸間隔時(shí)間控制在36 h內(nèi)。

4.2 混合料拌和

拌和前，各集料(含礦粉)應(yīng)充分烘干，瀝青加熱到180 ℃，集料加熱溫度控制在不低于180 ℃，拌和時(shí)間控制在50 s～60 s，根據(jù)混合料出料質(zhì)量可適當(dāng)延長(zhǎng)，混合料的出廠溫度不低于180 ℃。

在進(jìn)行混合料拌和中，要求將木質(zhì)素纖維摻加質(zhì)量允許誤差控制在±10%內(nèi)，油石比誤差控制在±0.3%以內(nèi)。

各施工環(huán)節(jié)的溫度控制見表3。

表3 某現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)的溫度控制 ℃

4.3 混合料運(yùn)輸

混合料粘性較大，運(yùn)輸車槽內(nèi)壁應(yīng)清理干凈，均勻涂抹一層隔離劑。裝料時(shí)，料堆呈品字形進(jìn)行移動(dòng)裝料。

運(yùn)料車行進(jìn)途中，應(yīng)使用苫布或棉被包裹車廂，防止料堆表面降溫結(jié)殼。運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的混合料溫度應(yīng)不低于175 ℃。

4.4 混合料攤鋪

采用一臺(tái)攤鋪機(jī)半幅全寬路面攤鋪，表面層不允許留縱向接縫。

攤鋪機(jī)應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)不間斷進(jìn)行攤鋪，速度控制在1 m/min～2 m/min，為確保路面平整度，禁止攤鋪機(jī)隨意變換速度或中途停頓，盡量作到每天收工停機(jī)一次。當(dāng)遭遇下雨、下承層潮濕或施工現(xiàn)場(chǎng)溫度低于15 ℃時(shí)，應(yīng)停止鋪攤作業(yè)。

4.5 混合料壓實(shí)

與普通瀝青混合料壓實(shí)相同，碾壓作業(yè)分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)環(huán)節(jié)。壓路機(jī)組合和碾壓方式如表4所示。

表4 碾壓作業(yè)機(jī)械及組合方式

初壓溫度要求不得低于170 ℃，復(fù)壓溫度要求不得低于160 ℃，終壓溫度要求不得低于125 ℃。

碾壓速度控制在3.0 km/h。碾壓作業(yè)須采用鋼輪壓路機(jī)，嚴(yán)禁使用膠輪壓路機(jī)，嚴(yán)禁低溫狀態(tài)下的反復(fù)碾壓。

終壓后路面混凝土溫度低于50 ℃時(shí)，開放交通。