多聚磷酸改性瀝青混合料施工技術(shù)研究

陳致遠(yuǎn)， 關(guān) 陽， 郭云龍， 王錦余

(長沙理工大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙 410004)

瀝青路面作為我國高等級公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，具有行車舒適、噪聲小、施工周期短、養(yǎng)護維修便捷等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國各等級公路的交通量逐年上升，且重載超載比例較大、渠化交通現(xiàn)象嚴(yán)重。高負(fù)荷之下，部分瀝青路面在使用初期即出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍、坑槽、裂縫等損害，其主要原因在于路面材料性能與設(shè)計體系難以滿足實際交通需求，因此采用高性能且成本合理的瀝青材料代替低性能的普通瀝青，是解決瀝青路面早期病害頻發(fā)的有效方式之一[1, 2]。目前我國道路工程中使用最為廣泛的改性瀝青是以SBS為典型代表的聚合物改性瀝青，SBS、SBR等聚合物改性劑能明顯提高瀝青的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能以及抗老化性能等。聚合物改性劑對基質(zhì)瀝青的改性作用屬于物理共混，但兩者在溶解度、分子量及密度等性質(zhì)方面差異較大，相容性較差，從而導(dǎo)致聚合物改性瀝青普遍存在儲存穩(wěn)定性較差的現(xiàn)象，對改性瀝青使用性能與施工性能產(chǎn)生較大的影響，同時聚合物改性劑還存在成本較高、制備工藝較為復(fù)雜等缺點[3]。

針對聚合物改性瀝青存在的問題，研究人員提出采用化學(xué)改性劑進行改性瀝青的制備，多聚磷酸(polyphosphoric acid，PPA)作為一種酸性化學(xué)改性劑，引起研究人員的廣泛關(guān)注。目前的實踐表明,PPA可明顯提高瀝青及其混合料的高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性與抗老化性能，且原材料成本較低，與基質(zhì)瀝青之間存在良好的相容性。而且，改性瀝青制備工藝較簡單，因而具有良好的應(yīng)用前景[4]。我國對于PPA改性瀝青的研究大多集中在使用性能與改性機制方面，對PPA改性瀝青的實際應(yīng)用的研究較少。為研究PPA改性瀝青混合料施工技術(shù)，本文將PPA改性瀝青混合料運用在某新建公路瀝青路面中，提出PPA改性瀝青混合料施工控制技術(shù)，并對其實際應(yīng)用效果進行監(jiān)測。

1 工程概況

本文依托項目為新建公路工程，主線全長64.27 km，位于山嶺至平原的過渡區(qū)域，地形由西北向東南傾斜，呈不規(guī)則緩坡形，全線位于中溫帶，為大陸性季風(fēng)氣候，年均降水367.4 mm，降水主要集中在7～8月份。該公路設(shè)計速度為80 km/h，雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)，橫斷面寬為24.5 m，路面結(jié)構(gòu)為4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土表面層+6 cm中粒式PPA改性瀝青混凝土下面層+20 cm水穩(wěn)碎石基層+20 cm水穩(wěn)碎石底基層。

2 原材料

2.1 多聚磷酸改性劑

多聚磷酸由正磷酸與聚磷酸共混形成，也稱為多磷酸，當(dāng)磷酸中的H3PO4含量超過105%時被稱為多聚磷酸，本文采用H3PO4含量為115%的工業(yè)級多聚磷酸，其主要技術(shù)性質(zhì)見表1。

表1 多聚磷酸技術(shù)性質(zhì)

2.2 瀝青

本文依托項目所用瀝青為鎮(zhèn)海90號基質(zhì)瀝青，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)對該瀝青技術(shù)性能進行測試，結(jié)果見表2。

表2 基質(zhì)瀝青技術(shù)性能

2.3 集料

本文依托項目所用集料由玄武巖破碎得到，礦粉由石灰?guī)r研磨得到，集料干燥潔凈、無風(fēng)化，礦粉干燥潔凈無團粒結(jié)塊，其主要技術(shù)指標(biāo)見表3～表5。

表3 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表4 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

表5 礦粉技術(shù)指標(biāo)

3 多聚磷酸改性瀝青混合料配合比設(shè)計

本文依托公路工程PPA改性瀝青混凝土下面層采用中粒式AC-20C型瀝青混凝土，按照多級嵌擠密級配理論與最大理論密度曲線對礦料級配進行設(shè)計，礦料生產(chǎn)配合比設(shè)定為：礦粉∶0～3∶3～5∶5～10∶10～20∶20～40=4∶21∶15∶25∶26∶9，油石比為4.6%，PPA摻量為瀝青質(zhì)量的1.5%，礦料級配組成見表6。

表6 AC-20C礦料級配組成表

為檢驗PPA改性瀝青生產(chǎn)配合比與拌和樓的拌和效果，對拌和樓的熱瀝青混合料進行取樣后，在現(xiàn)場試驗室內(nèi)成型馬歇爾試件與車轍板試件，分別對PPA改性瀝青混合料進行高溫車轍試驗、小梁低溫彎曲試驗與水穩(wěn)定性試驗，結(jié)果見表7。

表7 PPA改性瀝青混合料性能檢驗

由表7可知，PPA改性瀝青混合料高溫車轍試驗、凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗與小梁低溫彎曲試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，PPA改性瀝青混合料表現(xiàn)出良好的高低溫性能與水穩(wěn)定性。

4 多聚磷酸改性瀝青混合料施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備

PPA改性瀝青混凝土施工前應(yīng)嚴(yán)格控制水穩(wěn)基層與路基的施工質(zhì)量，確保各項技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計與施工要求。原材料進場前進行質(zhì)量檢驗，檢驗合格后方可進場，并確保原材料儲備量充足和PPA改性瀝青混合料施工連續(xù)性。正式施工前做好拌和、運輸、攤鋪等相關(guān)設(shè)備的保養(yǎng)與調(diào)試工作，確保所生產(chǎn)的PPA改性瀝青混合料滿足設(shè)計與施工要求。

4.2 多聚磷酸改性瀝青混合料的生產(chǎn)

考慮到PPA改性劑與基質(zhì)瀝青之間良好的相容性，為簡化施工工序，多聚磷酸改性瀝青混合料的生產(chǎn)工藝為：在拌和樓的拌和鍋對熱料干拌完成后，沿拌和鍋的外摻級投料口加入PPA改性劑(摻量為瀝青質(zhì)量的1.5%)，將PPA、瀝青與石料一同拌制，即得到PPA改性瀝青混合料。

4.3 多聚磷酸改性瀝青混合料的拌和

PPA改性瀝青混合料的拌和工藝為：使用間歇式強制攪拌機進行拌和，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按照生產(chǎn)配合比控制冷料倉、熱料倉的進料比例，嚴(yán)禁由于溢料而隨意調(diào)整各料倉比例；石料干拌時間為5～10 s，PPA、瀝青與石料的濕拌時間應(yīng)在普通拌和工藝的基礎(chǔ)上延長5～10 s，確保PPA與瀝青充分混溶，濕拌總時間應(yīng)大于50 s；石料加熱溫度控制在170～180 ℃，基質(zhì)瀝青加熱溫度為155～160 ℃，PPA改性瀝青混合料出廠溫度為155～160 ℃，當(dāng)混合料溫度超過190 ℃時，應(yīng)予以廢棄。

4.4 多聚磷酸改性瀝青混合料的運輸與攤鋪

運料車在使用前應(yīng)將車廂清洗潔凈，在車廂內(nèi)側(cè)面與底板涂抹薄層隔離劑防止混合料粘底。運料車裝料過程中，應(yīng)呈“品”字型進行裝料，裝料完成后及時覆蓋篷布，避免混合料溫度損失過大。運料車進場時，PPA改性瀝青混合料溫度不得低于150 ℃，檢驗合格后方可進場。連續(xù)攤鋪過程中，運料車應(yīng)根據(jù)專員指揮，?？吭跀備仚C前15～30 cm，掛空擋依靠攤鋪機推動前進。

攤鋪施工前應(yīng)提前預(yù)熱熨平板至100℃以上。PPA改性瀝青混合料攤鋪施工應(yīng)勻速、緩慢、不間斷地進行，攤鋪速度控制1.5～2.0 m/min。攤鋪過程中應(yīng)安排專員隨時檢測攤鋪厚度、寬度、路拱等，并及時進行調(diào)整修正。當(dāng)攤鋪機受料斗內(nèi)的混合料尚未攤鋪完時，及時補充新料卸至受料斗內(nèi)。

4.5 多聚磷酸改性瀝青混合料的碾壓

PPA改性瀝青混合料攤鋪完成后，應(yīng)及時進行碾壓作業(yè)，確保在較高溫度水平下對混合料進行碾壓，不得在混合料冷卻后反復(fù)碾壓，避免壓碎石料或磨平石料棱角，破壞混合料嵌擠骨架。PPA改性瀝青混合料的碾壓方案為：初壓使用雙鋼輪壓路機以2.0 m/min的速度靜壓1遍；復(fù)壓使用雙鋼輪壓路機以3.0 m/min的速度振壓2遍，膠輪壓路機以3.0 m/min的速度靜壓2遍；終壓使用雙鋼輪壓路機以4.0 m/min的速度靜壓2遍。碾壓完成后應(yīng)封閉交通，待PPA改性瀝青混凝土溫度下降至50 ℃以下方可通車。

4.6 多聚磷酸改性瀝青路面性能檢測

為檢驗PPA改性瀝青路面性能，對PPA改性瀝青路面進行鉆芯取樣，并測試其壓實度、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)與平整度，結(jié)果見表8。

表8 PPA改性瀝青路面性能檢驗結(jié)果

由表8可知，各路段PPA改性瀝青路面的壓實度、平整度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度等指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，施工質(zhì)量良好，PPA改性瀝青路面平整密實、抗滑性能良好，同時具備良好的高溫抗車轍性能。各路段芯樣的馬歇爾穩(wěn)定度處于12～15 kN，差異較小，表明在此拌和工藝參數(shù)水平下，PPA能較為均勻地分散至瀝青中，改性劑離析較小，碾壓成型的PPA改性瀝青路面具有良好的高溫穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

本文總結(jié)了PPA改性瀝青混合料施工技術(shù)要點與控制措施，將其運用在新建一級公路中粒式瀝青混凝土下面層施工中，并對PPA改性瀝青混合料配合比與路面性能進行檢驗。結(jié)果表明：生產(chǎn)配合比滿足規(guī)范與設(shè)計要求，PPA改性瀝青混合料具有良好的高低溫性能與水穩(wěn)定性；PPA改性瀝青混合料生產(chǎn)工藝能滿足施工需求，PPA改性劑能較好地分散在瀝青混合料中；所鋪筑成型的PPA改性瀝青路面平整密實，具有良好的高溫抗車轍能力。