高黏復(fù)合改性橡膠瀝青在透水瀝青路面中的應(yīng)用

李 鋒，張紹泉，馬慶偉，楊晨光，郭 平

(1.陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075； 2.山東科達(dá)基建有限公司，山東 東營(yíng) 257000；3.西安公路研究院，陜西 西安 710065)

0 引 言

高黏復(fù)合改性橡膠瀝青采用SBS和膠粉作為改性劑[1]，結(jié)合了膠粉和SBS兩種改性劑的優(yōu)點(diǎn)，減少了SBS的摻量與瀝青的含量，從而降低了改性瀝青的生產(chǎn)成本；同時(shí)，改性后的瀝青黏度比橡膠瀝青低，有利于分散和施工[2-4]；利用SBS在瀝青中形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠顆粒的下沉形成一定的阻力，可改善改性后瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，有利于工廠化生產(chǎn)[5-6]。目前，復(fù)合改性橡膠瀝青兼具SBS改性瀝青的性能優(yōu)勢(shì)和橡膠瀝青低成本、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。

本文依托實(shí)體工程，將高黏復(fù)合改性橡膠瀝青應(yīng)用在PAC-13、PAC-20型透水性瀝青混合料中，并確定其最佳瀝青用量，研究PAC-13及PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能和滲水系數(shù)，與高黏改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)試驗(yàn)路段的厚度和壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。最后分別對(duì)高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料試驗(yàn)路段剛通車和通車半年后的平整度、滲水系數(shù)、路面摩擦系數(shù)、抗滑值進(jìn)行后期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，為高黏復(fù)合改性橡膠瀝青在透水性瀝青路面中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

本文依托工程為陜西省西咸新區(qū)灃西新城數(shù)據(jù)六路，該道路屬于中等交通道路。路段地形平坦，路基土質(zhì)為砂性土，具有良好的滲透效果，具備鋪筑全透水路面的天然優(yōu)勢(shì)。項(xiàng)目由灃西新城管理委員會(huì)與長(zhǎng)安大學(xué)成立聯(lián)合研究項(xiàng)目組，對(duì)全透水路面結(jié)構(gòu)層組合、材料組成設(shè)計(jì)、施工工藝與監(jiān)測(cè)方案等進(jìn)行了深入研究，最終確定在數(shù)據(jù)六路鋪筑500 m透水路面試驗(yàn)段。路面結(jié)構(gòu)層為：4 cm PAC-13型透水瀝青混合料上面層、6 cm PAC-13型透水瀝青混合料下面層、36 cm多孔瀝青穩(wěn)定碎石基層或多孔水泥穩(wěn)定碎石基層、30 cm級(jí)配碎石底基層、土工布隔離層。具體如圖1所示。

圖1 透水路面試驗(yàn)段概況

在本試驗(yàn)段的上面層PAC-13型透水混合料、下面層PAC-20透水瀝青混合料中均采用了高黏復(fù)合改性橡膠瀝青，應(yīng)用長(zhǎng)度為500 m。

2 原材料

2.1 集料

粗、細(xì)集料采用石灰?guī)r，其技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求。礦粉由石灰?guī)r磨制而成。其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 礦粉的技術(shù)指標(biāo)及要求

2.2 瀝青

采用高黏復(fù)合改性橡膠瀝青和高黏瀝青，其技術(shù)指標(biāo)結(jié)果見表2。

表2 不同瀝青技術(shù)指標(biāo)及要求

高黏復(fù)合改性橡膠瀝青制備工藝如下：將石油樹脂、420型脫硫劑與硫化膠粉均勻混合，于120 ℃下反應(yīng)72 h，隨后在280 ℃的螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行脫硫；然后將基質(zhì)瀝青加熱到180 ℃，加入脫硫膠粉，在4 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速下剪切分散15 min，再加入SBS剪切30 min，最后摻入一定比例的硫磺粉剪切攪拌15 min。

本文采用的高黏復(fù)合改性橡膠瀝青中SBS摻量為4%，膠粉摻量為20%。

3 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 目標(biāo)級(jí)配

PAC-13、PAC-20型瀝青混合料的合成級(jí)配[7]見表3、4。

表3 PAC-13型礦料合成級(jí)配(目標(biāo))

表4 PAC-20型礦料合成級(jí)配(目標(biāo))

3.2 最佳瀝青用量

通過室內(nèi)試驗(yàn)確定出采用高黏復(fù)合改性橡膠瀝青的PAC-13型瀝青混合料的最佳油石比為4.8%，PAC-20型瀝青混合料的最佳油石比為4.3%(PAC-13、PAC-20高黏改性瀝青混合料目標(biāo)配合比下的最佳油石比同樣為4.8%、4.3%)。表5、6為PAC-13、PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料在最佳瀝青用量下的馬歇爾試件的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

表5 PAC-13最佳瀝青用量時(shí)Marshall試件試驗(yàn)結(jié)果(目標(biāo)配合比)

表6 PAC-20最佳瀝青用量時(shí)Marshall試件試驗(yàn)結(jié)果(目標(biāo)配合比)

3.3 路用性能對(duì)比與驗(yàn)證

PAC-13型、PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料與高黏改性瀝青混合料路用性能[8]對(duì)比如表7、8。

由表7、8可知，相較于高黏改性瀝青混合料，高黏復(fù)合改性橡膠瀝青PAC-13(PAC-20)型混合料(目標(biāo)配合比)的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂比分別提高了1.9%(1.8%)、2.0%(2.5%)，動(dòng)穩(wěn)定度、最大破壞應(yīng)變分別增大了6.6%(15.1%)、6.1%(3.3%)，滲水系數(shù)提高了4.5%(7.5%)?？梢?，高黏復(fù)合改性橡膠瀝青PAC-13(PAC-20)型混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性及滲水系數(shù)均稍優(yōu)于高黏改性瀝青混合料。

表7 PAC-13型瀝青混合料路用性能(目標(biāo)配合比)

表8 PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料路用性能(目標(biāo)配合比)

4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

4.1 生產(chǎn)級(jí)配

PAC-13、PAC-20型瀝青混合料的生產(chǎn)合成級(jí)配見表9、10。

4.2 最佳瀝青用量

通過室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定了PAC-13、PAC-20兩種級(jí)配最佳油石比，其最佳油石比下馬歇爾體積指標(biāo)見表11、12(PAC-13、PAC-20高黏改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比下的最佳油石比同樣為4.8%、4.3%)。

表9 PAC-13礦料合成級(jí)配(生產(chǎn)級(jí)配)

表10 PAC-20礦料合成級(jí)配(生產(chǎn)級(jí)配)

表11 PAC-13最佳瀝青用量時(shí)Marshall試件試驗(yàn)結(jié)果

油石比/%空隙率/%飛散損失/%析漏值/%4.820.610.250.19

表12 PAC-20最佳瀝青用量時(shí)Marshall試件試驗(yàn)結(jié)果

油石比/%空隙率/%飛散損失/%析漏值/%4.320.85.030.19

4.3 路用性能對(duì)比與驗(yàn)證

PAC-13型、PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料與高黏改性瀝青混合料的路用性能對(duì)比見表13、14。

表13 PAC-13型瀝青混合料路用性能(生產(chǎn)配合比)

由表13、14可知，相較于高黏改性瀝青混合料，高黏復(fù)合改性橡膠瀝青PAC-13(PAC-20)型混合料(目標(biāo)配合比)的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂比分別提高了1.9%(1.8%)、2.0%(2.5%)，動(dòng)穩(wěn)定度、最大破壞應(yīng)變分別增大了6.6%(15.1%)、6.1%(3.3%)，滲水系數(shù)提高了4.5%(7.5%)?？梢?，高黏復(fù)合改性橡膠瀝青PAC-13(PAC-20)型混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性及滲水系數(shù)均優(yōu)于高黏改性瀝青混合料。

表14 PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料路用性能(生產(chǎn)配合比)

5 試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

5.1 試驗(yàn)段厚度及壓實(shí)度

PAC-13型和PAC-20型高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料試驗(yàn)段各自施工結(jié)束后次日，待路面溫度降低后，采用取芯法檢測(cè)路面厚度，芯樣自然風(fēng)干后檢測(cè)密度，計(jì)算壓實(shí)度及現(xiàn)場(chǎng)殘留空隙率，結(jié)果見表15、16。

表15 PAC-13型試驗(yàn)段厚度及壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表16 PAC-20型試驗(yàn)段厚度及壓實(shí)度檢測(cè)匯總

通過現(xiàn)場(chǎng)鉆芯檢測(cè)厚度及壓實(shí)度，結(jié)果均符合《透水路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 190—2012)要求。

5.2 滲水系數(shù)

在PAC-13型和PAC-20型試驗(yàn)段路面施工后次日，采用路面滲水儀進(jìn)行檢測(cè)，每橫斷面測(cè)5處，以滲水系數(shù)大于800 mL·15 s-1為合格[9]。檢測(cè)結(jié)果見表17、18。

表17 PAC-13型試驗(yàn)段路面滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表18 PAC-20型試驗(yàn)段路面滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)段滲水系數(shù)均符合規(guī)范要求。

6 路面性能后期觀測(cè)

在灃西新城數(shù)據(jù)六路剛通車和通車半年后對(duì)透水路面平整度、滲水系數(shù)、路面摩擦系數(shù)、抗滑值進(jìn)行了后期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

6.1 平整度

采用連續(xù)式平整度儀(八輪儀)分別對(duì)每個(gè)車道進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果符合項(xiàng)目不大于1.0 mm的要求，檢測(cè)結(jié)果見表19。

表19 PAC型透水路面試驗(yàn)段通車后平整度檢測(cè)結(jié)果

6.2 滲水系數(shù)

在透水路面剛通車和通車半年后，采用路面滲水儀進(jìn)行檢測(cè)，每橫斷面測(cè)5處，以滲水系數(shù)均大于800 mL·15 s-1為合格。檢測(cè)結(jié)果見表20。

表20 PAC型透水路面試驗(yàn)段通車后滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

6.3 抗滑性能

(1)構(gòu)造深度。采用手工鋪砂法進(jìn)行路面構(gòu)造深度試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表21。

(2)摩擦系數(shù)。采用擺式摩擦儀進(jìn)行路面摩擦試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表22。

通過數(shù)據(jù)六路剛通車及通車半年后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及表面效果(圖2、3)來看，該排水性路面鋪筑后，路面表面外觀良好，無明顯車轍，路面平整度、抗滑性及滲水性均滿足要求，表明高黏復(fù)合改性橡膠瀝青應(yīng)用于透水性瀝青路面中具有較好的使用性能，應(yīng)用前景廣闊。

表21 PAC型透水路面構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

表22 PAC型透水路面擺值檢測(cè)結(jié)果

圖2 透水路面剛通車路面性能觀測(cè)

圖3 透水路面通車半年后路面性能觀測(cè)

7 結(jié) 語

本文依托灃西新城數(shù)據(jù)六路透水路面工程，將高黏復(fù)合改性橡膠瀝青應(yīng)用在PAC型瀝青混合料中，鋪筑試驗(yàn)段，觀測(cè)實(shí)際路面性能，得到以下結(jié)論。

(1)在灃西新城數(shù)據(jù)六路透水路面(PAC-13+PAC-20)中應(yīng)用了高黏復(fù)合改性橡膠瀝青，通過室內(nèi)試驗(yàn)，確定了PAC-13、PAC-20高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料的最佳油石比，其與同級(jí)配類型的高黏瀝青混合料油石比基本相同，且PAC-13、PAC-20高黏復(fù)合改性橡膠瀝青混合料各項(xiàng)路用性能均優(yōu)于高黏瀝青混合料。

(2)在透水路面試驗(yàn)段施工結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)鉆芯檢測(cè)厚度及壓實(shí)度，結(jié)果均符合《透水路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 190—2012)要求。

(3)對(duì)排水性瀝青路面試驗(yàn)段在剛通車和通車半年后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)平整度試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)及抗滑試驗(yàn)，結(jié)果表明：透水路面試驗(yàn)段在通車運(yùn)營(yíng)半年內(nèi)滲水系數(shù)、平整度及抗滑值均滿足要求，路面狀況良好。