瀝青改性劑在混凝土路面加固施工中的應(yīng)用

杜鳳

摘 要：為提升瀝青混凝土路面施工質(zhì)量，研究瀝青改性劑在混凝土路面加固施工中的應(yīng)用。以某高速公路為例，選取70#基質(zhì)瀝青為原料，添加不同摻量的Sasobit和SBS瀝青改性劑，制作改性瀝青和改性瀝青混合料。選取針入度、延度、軟化點、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性為測試指標(biāo)，驗證不同Sasobit和SBS瀝青改性劑摻量下改性瀝青的性能。實驗結(jié)果表明：摻入Sasobit和SBS改性劑后，改性瀝青在15℃、25℃、30℃溫度范圍內(nèi)的硬度增加，抗變形能力變強;溫度敏感性降低;高溫抗變形能力增強;改性瀝青混合料強度、極限應(yīng)變和變形能力增強;抗車轍能力、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性提升。Sasobit瀝青改性劑在針入度降低方面和馬歇爾穩(wěn)定度提升方面優(yōu)勢顯著;SBS瀝青改性劑在改善延度、提升路面高溫性能、動穩(wěn)定度和低溫抗裂性方面優(yōu)勢顯著。

關(guān)鍵詞：瀝青;改性劑;混凝土;路面加固施工;改性瀝青

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）08-0187-06

Application of Asphalt Modifier in Concrete Pavement Reinforcement Construction

Du Feng

（Sichuan Vocational and Technical College of Communications， Chengdu 611130， China）

Abstract：In order to improve the construction quality of asphalt concrete pavement， the application of asphalt modifier in concrete pavement reinforcement construction is studied. Taking an expressway as an example， 70# base asphalt was selected as raw material， and Sasobit and SBS asphalt modifier with different contents were added to produce modified asphalt and modified asphalt mixture. Penetration， ductility， softening point， high temperature stability， low temperature cracking resistance and water stability were selected as test indexes to verify the performance of modified asphalt with different Sasobit and SBS modifier contents. The experimental results show that： with the addition of Sasobit and SBS modifier， the hardness of modified asphalt in the temperature range of 15℃， 25℃ and 30℃ increases， and the deformation resistance increases; the temperature sensitivity decreases; the high temperature deformation resistance increases; the strength， ultimate strain and deformation energy of the modified asphalt mixture are enhanced; the rutting resistance， low temperature crack resistance and water stability are improved. Sasobit asphalt modifier has significant advantages in penetration reduction and Marshall stability improvement; SBS asphalt modifier has significant advantages in improving ductility， improving pavement high temperature performance， dynamic stability and low temperature crack resistance.

Key words：Asphalt; Modifier; Concrete; Pavement reinforcement construction; Modified asphalt

0 引言

瀝青混凝土路面出現(xiàn)重載、超載現(xiàn)象越發(fā)的明顯[1]，加上受氣候因素的影響，瀝青混凝土路面的車轍、開裂狀況不斷發(fā)生，汽車行駛在這種路面情況較差的瀝青混凝土公路上，會出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象，導(dǎo)致車內(nèi)人員的舒適度降低;嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)交通事故，造成生命危機[2，3]。因此，提升瀝青混凝土路面施工質(zhì)量是保障人們行駛過程中舒適度和安全性的前提。

目前在瀝青混凝土路面加固工程中，一般采用添加瀝青改性劑提高瀝青混凝土路面的使用壽命和行車質(zhì)量[4]，結(jié)合國內(nèi)外研究結(jié)果，添加改性劑后的改性瀝青可使瀝青混凝土路面的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性得到相應(yīng)提升，但由于瀝青和改性劑種類繁多，并且各地區(qū)施工條件、對路面的行駛要求及氣溫變化等因素不同[5]，為此，將本地實際條件與《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相結(jié)合進(jìn)行改性瀝青混凝土路面施工研究。Sasobit（沙索必德）改性劑作為一種新型聚烯烴類瀝青改性劑，具有易攪拌、難離析等特點。SBS（Styrene-Butadiene-Styrene）改性劑屬于苯乙烯類熱塑性彈性體，具備耐高溫、抗低溫能力強、抗車轍能力強、彈性及韌性佳等優(yōu)勢。本文通過將Sasobit改性劑、SBS改性劑添加到某高速公路混凝土路面加固工程中，驗證瀝青改性劑在混凝土路面加固中的作用。經(jīng)試驗驗證發(fā)現(xiàn)瀝青改性劑的添加提高了改性瀝青的各項基本性能及抗車轍能力，使瀝青混凝土路面的加固得到顯著效果。

1 材料方法

1.1 研究區(qū)概況

以某高速公路為例，其公路全長為43.2km，沿線共有7座大橋、5座中橋、10座小橋、3座高架橋、4處隧道，計劃投入資金12.46億元人民幣?，F(xiàn)對該高速公路路面實施混凝土路面加固工程，按照該工程提出的工期計劃，結(jié)合考慮基層、底層施工驗收進(jìn)度、現(xiàn)場施工天氣影響及工程隊施工技術(shù)力量、配置機械設(shè)備等情況，計劃130d完成該高速公路路面混凝土路面加固。

1.2 試驗方案

目前我國現(xiàn)行規(guī)范一般基于瀝青的物理性能對瀝青分類，通過測量瀝青針入度、延度、軟化點等評價瀝青性能[6，7]，采用電動馬歇爾成型儀，對Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾對比試驗，測試3種混合瀝青的穩(wěn)定度及抗車轍能力。采用凍融劈裂試驗驗證改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

1.3 試驗材料

（1）粗集料：選取堅韌、粗糙有棱角的石料[8]，本工程粗集料采用施工現(xiàn)場地區(qū)石場的砂巖碎石制作，破碎機為錐式碎石機。

（2）細(xì)集料和填充料：干凈、無風(fēng)化、顆粒級符合施工要求的機制砂為細(xì)集料[9]，礦粉采用施工現(xiàn)場地區(qū)生產(chǎn)的干燥、干凈的袋裝礦粉。

（3）選用符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 [10] 70#瀝青作為基質(zhì)瀝青;瀝青改性劑選取SBS改性劑、Sasobit改性劑，均采購于上海彩瑄建材科技有限公司;膠溶劑型號為MBA-3，采購于佛山市萬化科技有限公司?；|(zhì)瀝青性能指標(biāo)測試結(jié)果如表1所示。

1.4 物料制備方法

為準(zhǔn)確地評價不同摻入量的Sasobit和SBS改性瀝青對混凝土路面施工加固性能的提升[11]，分別按3%、4%、5%、6%的摻入比例對Sasobit和SBS改性瀝青進(jìn)行配制（摻入百分比按Sasobit和SBS改性劑質(zhì)量和基質(zhì)瀝青質(zhì)量的百分比計算）。

1.4.1 改性瀝青制備

將基質(zhì)瀝青升溫至140℃，將不同比例的Sasobit改性劑依次投進(jìn)基質(zhì)瀝青，經(jīng)過30min簡單機械攪拌，使Sasobit改性劑在基質(zhì)瀝青中均勻分布[12，13]，得出Sasobit改性瀝青。

取膠溶劑和SBS改性劑，經(jīng)加熱攪拌后得出SBS膠漿母液，基質(zhì)瀝青應(yīng)升溫至200～300℃，將SBS膠漿母液加入基質(zhì)瀝青中攪拌至二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得出SBS改性瀝青。

1.4.2 改性瀝青混合料制備

基質(zhì)瀝青混合料的制備方法按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行配制。

采用“干法”拌和，將不同比例的Sasobit改性劑依次投入基質(zhì)瀝青，拌和60s，加入預(yù)定量的瀝青[14，15]，拌和90s，然后加入礦粉，繼續(xù)拌和60s，得出Sasobit改性瀝青混合料。

結(jié)合Sasobit改性瀝青混合料的制備方法，在混凝土路面施工中考慮上面層集料吸水率偏高，將SBS改性瀝青混合料總拌和時間增至270s。

2 試驗

2.1 針入度

隨著工程建設(shè)的快速發(fā)展，經(jīng)過多次實際操作研究發(fā)現(xiàn)評價瀝青性能的最重要指標(biāo)是瀝青的感溫性，瀝青針入度作為瀝青感溫性最具代表性的指標(biāo)，其指標(biāo)的高低對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性有很重要的影響。試驗取不同比例摻量的Sasobit改性瀝青、SBS改性瀝青與基質(zhì)瀝青分別在15℃、25℃、30℃溫度下進(jìn)行針入度測試，不同SBS摻量下瀝青針入度測試結(jié)果如圖1所示。

不同Sasobit摻量下瀝青針入度測試結(jié)果如圖2所示。

由圖1、圖2可知，3種不同溫度下，摻入Sasobit和SBS改性劑后的改性瀝青針入度都低于基質(zhì)瀝青針入度，且隨著Sasobit和SBS改性劑的摻入比例增加，針入度下降。以30℃為例進(jìn)行分析，當(dāng)SBS改性劑摻量為3%、4%、5%、6%時，SBS改性瀝青針入度分別是基質(zhì)瀝青的83%、68%、65%、56%;當(dāng)Sasobit改性劑摻量為3%，4%，5%，6%時，Sasobit改性瀝青針入度分別是基質(zhì)瀝青的68%，56%，50%，45%，兩種改性瀝青的針入度比基質(zhì)瀝青針入度均有明顯下降，同時Sasobit改性瀝青的針入度降低情況優(yōu)于SBS改性瀝青針入度。結(jié)果表明摻入Sasobit和SBS改性劑后的改性瀝青在15℃、25℃、30℃溫度范圍內(nèi)的硬度增加，抗變形能力變強，路用性能得到提高，且Sasobit改性瀝青優(yōu)于SBS改性瀝青。

不同Sasobit和SBS摻量下瀝青針入度指數(shù)測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，Sasobit改性瀝青和SBS改性瀝青的針入度指數(shù)PI均大于基質(zhì)瀝青，未摻入改性劑的基質(zhì)瀝青針入度指數(shù)一直在負(fù)數(shù)值-0.7左右，隨著Sasobit和SBS摻入量增加，PI值一直向正數(shù)值方向逐漸升高，結(jié)果表明摻入Sasobit和SBS改性劑后使瀝青的溫度敏感性降低，瀝青的感溫性得到改善，且Sasobit改性瀝青的瀝青感溫性改善效果好于SBS改性瀝青。

2.2 延度

有研究表明混凝土路面的使用性能與瀝青的延度有關(guān)，由此瀝青延度作為評價瀝青低溫性能的重要指標(biāo)，延度越高，瀝青韌度越高。分別在5℃和15℃兩個溫度下，以5cm/min的速度將Sasobit和SBS改性瀝青、基質(zhì)瀝青拉伸至斷裂，測量3種瀝青的延度（mm）。不同Sasobit和SBS摻量下瀝青延度測試結(jié)果如圖4所示。

從圖4可知，在5℃試驗溫度下，摻入Sasobit改性劑后，瀝青延度先增加后下降，在15℃試驗溫度下， Sasobit改性劑用量增加時瀝青延度下降，說明Sasobit改性劑應(yīng)該根據(jù)實際情況合理配比使用;在5℃和15℃試驗溫度下，隨著SBS改性劑用量越大瀝青延度越高，并在摻量為2%時，延度就高于基質(zhì)瀝青延度，表明SBS改性瀝青的韌度比基質(zhì)瀝青高。SBS改性劑對瀝青延度的改善優(yōu)于Sasobit改性劑。

2.3 軟化點試驗

混凝土路面瀝青高溫性能通過測量瀝青軟化點進(jìn)行衡量，軟化點高的瀝青抗高溫性能較好。采用環(huán)球法測量Sasobit和SBS改性瀝青及基質(zhì)瀝青軟化點，不同Sasobit和SBS摻量下瀝青測試結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，隨著Sasobit和SBS改性劑摻量增加，改性瀝青的軟化點也隨著增加，并且兩種改性瀝青的軟化點均比基質(zhì)瀝青軟化點高，當(dāng)Sasobit和SBS改性劑摻入量達(dá)到5%時，Sasobit改性瀝青、SBS改性瀝青的軟化點分別比基質(zhì)瀝青軟化點分別提高了80%、84%，結(jié)果表明Sasobit和SBS改性劑的添加使瀝青的高溫性能得到提升，高溫抗變形能力增強，且SBS瀝青改性劑的高溫性能提升優(yōu)于Sasobit瀝青改性劑。

2.4 瀝青高溫穩(wěn)定性測試

瀝青混合料的重要指標(biāo)包含瀝青的高溫穩(wěn)定性，混凝土路面在氣溫較高時抵抗車轍變形能力受瀝青高溫穩(wěn)定性影響，瀝青高溫穩(wěn)定性越高，抵抗車轍變形能力越強。

2.4.1 馬歇爾穩(wěn)定度測試

采用電動馬歇爾成型儀對不同摻入比例的Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗，測試3種瀝青混合料的穩(wěn)定度，測試結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度均高于基質(zhì)瀝青混合料。隨著Sasobit改性劑摻入量增加，Sasobit改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度增加;SBS改性劑按3%和4%的比例摻入時，SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度低于基質(zhì)瀝青混合料，但隨著摻入量逐漸增加，SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增加。結(jié)果表明隨著Sasobit改性瀝青和SBS改性瀝青摻入量增加，混合料的強度逐漸增加，此時混合料的穩(wěn)定性能高于基質(zhì)瀝青混合料;摻入同等比例的改性劑時，加入Sasobit改性劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度優(yōu)于SBS改性劑。

2.4.2 高溫抗車轍能力

瀝青混合料的高溫性能采用車轍試驗方法測試，此試驗方法根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 JTGE20—2013進(jìn)行，在試驗溫度為60℃的試驗條件下，保溫時間超過5h后，測定3種瀝青混合料動穩(wěn)定度，以此評價瀝青混合料抗高溫變形能力。Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料車轍試驗結(jié)果對比如表3和圖6所示。

由表3和圖6可以看出，按不同比例摻入Sasobit改性劑和SBS改性劑后，Sasobit改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均高于基質(zhì)瀝青。Sasobit改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度呈上升趨勢，整體上升態(tài)勢平穩(wěn);SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度高于Sasobit改性瀝青混合料，當(dāng)SBS改性劑摻量達(dá)到4%時，該改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度已接近基質(zhì)瀝青的動穩(wěn)定度的3倍，說明SBS改性劑可以有效降低瀝青混合料的流動變形，且SBS摻量越大，效果越明顯。綜上，Sasobit改性劑和SBS改性劑的添加，使瀝青混合料的高溫性能提升，混凝土路面的抗車轍能力提升。

2.5 低溫抗裂性

在天氣寒冷的季節(jié)，受低溫影響，瀝青混合料的極限強度低于其溫度應(yīng)力，導(dǎo)致瀝青混凝土路面容易出現(xiàn)低溫開裂現(xiàn)象，瀝青混凝土路面是柔性路面，其路面質(zhì)量受它的剛度影響（也就是抵抗變形的能力—彎拉應(yīng)變）。采用低溫彎曲試驗方法，在試驗溫度為10℃，加載速率為60mm/min時，對Sasobit和SBS改性瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，隨著Sasobit和SBS摻量增加，Sasobit改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應(yīng)變值均高于基質(zhì)瀝青混合料，其中SBS改性瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應(yīng)變值提升效果較好。說明改性劑添加增強了混合瀝青的極限應(yīng)變和變形能力，瀝青混凝土路面的低溫抗裂性得到提升，SBS改性劑對提升瀝青混凝土路面的低溫抗裂性具有顯著優(yōu)勢。

2.6 水穩(wěn)定性測試

目前我國有很多地區(qū)一到雨季時，該地區(qū)瀝青混凝土路面的水損壞情況仍然很嚴(yán)重，主要是石料和瀝青的粘附性不足，致使瀝青混凝土路面松散、剝落現(xiàn)象發(fā)生。為此，采用凍融劈裂試驗對不同Sasobit和SBS摻量下瀝青混合料的凍融劈裂強度進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，Sasobit和SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度高于基質(zhì)瀝青混合料，隨著Sasobit和SBS摻量增加，兩種改性瀝青的凍融劈裂強度繼續(xù)增加，當(dāng)改性劑摻量達(dá)到5%時，SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比達(dá)到99.9%，Sasobit改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比為98.1%。結(jié)果表明兩種改性劑的添加使瀝青的水穩(wěn)定性提高，其中SBS改性劑的效果更好。雨水較多地區(qū)建議使用瀝青改性劑對混凝土路面實施加固處理。

3 結(jié)論

文章以Sasobit和SBS改性劑為例，通過試驗驗證瀝青改性劑的添加使基質(zhì)瀝青的針入度、延度、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等性能得到明顯改善，改性劑的添加比例不同，產(chǎn)生的效果也不同，實際施工要結(jié)合多方面因素考慮，按照實際施工情況制定瀝青改性劑的添加比例，發(fā)揮添加瀝青改性劑后的最優(yōu)性能，使瀝青混凝土路面的整體加固質(zhì)量得到提升。

接下來我們應(yīng)該把研究的重點放在對于不同路況、不同條件下的詳細(xì)分析，并加強添加瀝青改性劑后的瀝青混凝土路面的日常養(yǎng)護(hù)方法，使瀝青混凝土路面的使用性能可以長期保持并發(fā)揮其最大優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙辰， 閆曉慧， 趙繼偉，等. 改性瀝青混合料路用性能的對比研究[J]. 水利水電技術(shù)， 2018， 049（08）：204-211.

[2] 李麗慧， 張浩亮， 司兵洋. 水泥混凝土路面微裂加固技術(shù)在市政道路的應(yīng)用[J]. 公路， 2019， 64（02）：249-252.

[3] 尹萍， 顧曉燕. 基于凝膠滲透色譜法測定SBS改性瀝青中SBS摻量[J]. 公路， 2019， 064（04）：270-273.

[4] 王忠鋒， 左連濱， 穆巖. 高模量瀝青混凝土的路用性能指標(biāo)及應(yīng)用[J]. 筑路機械與施工機械化， 2017， 034（08）：62-66.

[5] 魏金彬， 戴文斌， 馬文榮. 高性能瀝青路面新材料在機西高速二期路面工程中的應(yīng)用研究[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2018， 164（08）：62-64.

[6] 原寶盛， 安會善. 花崗巖瀝青面層在舊水泥混凝土路面加鋪改造中的應(yīng)用研究[J]. 中外公路， 2017， 037（02）：56-60.

[7] 劉喆， 李禎. RK300高模量改性劑在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J]. 筑路機械與施工機械化， 2017， 034（04）：75-79.

[8] 王云. 瀝青雙層攤鋪施工技術(shù)在高速公路路面工程中的應(yīng)用[J]. 公路工程， 2017， 042（05）：207-210.

[9] 樊向陽， 羅蓉， 馮光樂，等. 抗車轍劑改性瀝青的高溫性能評價指標(biāo)[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版）， 2017， 041（04）：618-622.

[10] 袁玉卿， 賈淼， 郭斌，等. 瀝青加鋪舊水泥混凝土路面的層間受力[J]. 筑路機械與施工機械化， 2017（3）：53-57.

[11] 韓吉偉， 崔亞楠， 李震，等. 改性瀝青微觀結(jié)構(gòu)及低溫性能的研究[J]. 功能材料， 2017， 48（02）：2140-2143.

[12] 劉向東. 活化橡膠改性瀝青混合料路用性能研究[J]. 中外公路， 2019， 039（02）：255-259.

[13] 劉海軍. 不同RET摻量TB復(fù)合SBS改性瀝青及其混合料性能與改性機制[J]. 施工技術(shù)， 2018， 47（23）：55-61.

[14] 郭根才， 夏磊， 張宏寶. 聚氨酯改性瀝青混合料路用性能研究[J]. 公路交通科技， 2018， 35（12）：1-6.

[15] 程龍， 郭欣， 于江，等. 不同穩(wěn)定劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響[J]. 筑路機械與施工機械化， 2018， 35（10）：25-31.