直投式高模量改性瀝青混合料應(yīng)用研究

李雪 何沙

摘 要：為提升濕熱地區(qū)重載交通高速公路長(zhǎng)陡坡路段的抗車轍、抗水損害等性能，依托梅平高速開展直投式高模量改性瀝青混合料路面試驗(yàn)段施工工藝研究，以及試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和收集，并總結(jié)分析RK300高模量直投改性技術(shù)在瀝青混凝土路面領(lǐng)域的應(yīng)用情況。結(jié)果表明，RK300改性瀝青混凝土有利于降低重載高溫多雨條件下瀝青路面車轍、坑槽等病害，有效延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高模量改性瀝青;施工工藝;質(zhì)量檢測(cè);應(yīng)用推廣

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高速公路重載車輛數(shù)量不斷增長(zhǎng)，如何提升瀝青混合料的路用性能，減少路面病害，已成為當(dāng)前研究的課題之一。添加高模量外摻劑以提高瀝青混合料的模量，可減小瀝青路面應(yīng)變，從而提高路面抗變形能力，減少車轍病害產(chǎn)生的概率。在此背景上，本文依托梅州至平遠(yuǎn)高速公路項(xiàng)目展開直投式高模量改性瀝青混合料的應(yīng)用研究，并總結(jié)了直投式高模量改性技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以期為該技術(shù)推廣應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)路概況

梅平高速全長(zhǎng)33.36 km，橋隧比28.26%，主線設(shè)計(jì)為瀝青路面，屬于Ⅳ6武夷南嶺山地過(guò)濕區(qū)，過(guò)境大型貨運(yùn)車輛多，對(duì)路面的高溫抗車轍性能、抗水損性能要求高。在樁號(hào)K13+500～K15+900，縱坡為3.5%的路段修筑中、上面層直投式高模量改性瀝青混合料路面試驗(yàn)段進(jìn)行應(yīng)用研究，一般路基段路面和試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)對(duì)比如表1-1所示。

2 配合比設(shè)計(jì)

中面層直投式高模量GAC-20C型瀝青混凝土混合料性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表2-1所示。

上面層直投式高模量GAC-16C型瀝青混凝土混合料性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表2-2所示。

3 施工工藝

RK300改性劑摻量控制精度、分散均勻性、混合料溫度控制、瀝青混合料攪拌時(shí)間及生產(chǎn)工藝、混凝土碾壓工藝等均應(yīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 拌和工藝

3.1.1 高模量改性劑

梅平高速公路試驗(yàn)路使用的高模量改性劑RK300是一種橡塑復(fù)合材料，具有高流動(dòng)性、高抗拉斷能量、高模量等特點(diǎn)，抗車轍能力高，能有效改善路面低溫抗裂性、抗水損壞性。

3.1.2 拌和工藝

直投式高模量混合料拌和樓拌和工藝如表3-1所示。

3.1.3 溫度控制

直投式高模量混合料各階段溫度控制技術(shù)要求如表3-2所示。

3.2.1 混合料運(yùn)輸

直投式聚合物改性高模量瀝青混合料宜采用大噸位自卸車運(yùn)輸，同時(shí)須用苫布或帆布覆蓋保溫、防雨、防污染。

3.2.2 混合料攤鋪

攤鋪前應(yīng)對(duì)下承層上噴灑粘層油，施工時(shí)應(yīng)注意控制粘層油灑布量（0.3 kg/m2～0.6 kg/m2為宜）。粘層油應(yīng)灑布均勻，并避免受污染。瀝青混合料的攤鋪宜采用全斷面一次攤鋪，攤鋪速度宜控制在1 m/min～3 m/min。

3.3 混合料碾壓及成型

試驗(yàn)路上、中面層均使用了“3鋼3膠”進(jìn)行碾壓作業(yè)，采用套壓法。

4 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

4.1 中面層

4.1.1 總體效果

試驗(yàn)路中面層整體均勻性較好（圖4.1～4.2），粗骨料整體分布較均勻，骨料間瀝青膠漿填充較飽滿。但K13+720～K14+340段路面混合料整體偏細(xì)，路面表觀質(zhì)量顯示公稱最大粒徑骨料偏少，混合料偏細(xì)（圖4.3），且部分位置存在粉料偏多，瀝青膠漿較飽滿，路面有一定程度的泛油現(xiàn)象（圖4.4）。配合比微調(diào)后，路面整體粗細(xì)骨料分布均勻程度更加明顯，較大部分路面混合料形成了相對(duì)較好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，粗骨料間細(xì)集料填充程度較好，瀝青膠漿填充、包裹程度相對(duì)較理想，從表觀上判斷有利于提高路面抗水損害能力及高溫穩(wěn)定性。

4.8 下料口離析（局部）

但中面層高模量瀝青混凝土路面面質(zhì)量也存在一些不足：（1）邊部粗離析較明顯（圖4.5～4.6），粗集料相對(duì)集中，細(xì)集料填充程度略差，路面構(gòu)造深度較大，對(duì)路面水穩(wěn)定性不利。（2）攤鋪機(jī)下料口細(xì)離析較明顯，形成了一條較明顯的瀝青膠漿較集中帶（圖4.7～4.8），對(duì)路面高溫穩(wěn)定性不利。

4.1.2 芯樣厚度和壓實(shí)度

（1）左幅K13+720～K15+828段試驗(yàn)路壓實(shí)度，以最大理論相對(duì)密度為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算，壓實(shí)度平均值為95.0%，最小值為93.7%，大于93%（最低要求值），符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求;以室內(nèi)馬歇爾試件密度為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的壓實(shí)度平均值為99.2%，最小值為97.9%，小于98%（設(shè)計(jì)值），有一點(diǎn)即ZK15+770距中6 m處壓實(shí)度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）左幅K13+720～K15+828段試驗(yàn)路路面孔隙率整體集中在4.0%～6.0%的范圍內(nèi)，平均值5.0%，基本符合路面孔隙率要求，但部分位置如ZK15+770距中6 m處路面孔隙率偏大。

（3）從路面芯樣豎向質(zhì)量看，混合料粗、細(xì)集料相對(duì)較均勻，但嵌擠不明顯，形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)較少，基本形成近骨架結(jié)構(gòu)（圖4.9）且部分芯樣偏骨架孔隙結(jié)構(gòu)（圖4.10），尤其是K13+720～K14+340段芯樣偏懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)（圖4.11），可能對(duì)路面抗水損壞及抗高溫性能不利。

（4）從部分路面芯樣橫切面質(zhì)量看，芯樣與豎向質(zhì)量反應(yīng)的情況一致（圖4.12～4.14）。綜合判斷，路面抗水損害能力將一定程度上被削弱。

4.1.3 平整度

檢測(cè)結(jié)果顯示平整度平均值為0.9 mm，滿足設(shè)計(jì)文件的要求（σ≤1.2 mm）。

4.1.4 滲水系數(shù)

隨機(jī)抽取4處進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：1處滲水系數(shù)120 mL/min，符合設(shè)計(jì)要求，但滲水系數(shù)偏大，其余3處滲水系數(shù)小于120 mL/min，符合設(shè)計(jì)要求，滲水系數(shù)合格率100%。

4.1.5 彎沉

采用貝克曼梁進(jìn)行彎沉檢測(cè)，結(jié)果表明：彎沉平均值=5.5（0.01 mm），標(biāo)準(zhǔn)偏差S=2.0（0.01 mm），代表值lr=+ZaS=8.8（0.01 mm），其中Za取為1.645。彎沉代表值小于設(shè)計(jì)彎沉值20.5（0.01 mm），彎沉滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 上面層

4.2.1 總體效果

試驗(yàn)路上面層整體均勻性較好（圖4.15～4.16），較大部分形成了相對(duì)較好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，粗骨料整體分布較均勻，粗骨料間細(xì)集料填充程度較好，瀝青膠漿填充、包裹程度較理想，從表觀上判斷有利于提高路面抗水損害能力及高溫穩(wěn)定性。但上面層路面也在存在一定數(shù)量的塊狀離析區(qū)域，如K14+260及K14+335距路中線4 m位置存在較嚴(yán)重的塊狀粗離析，K14+540～K14+560距路中線6 m處存在寬約1 m的間斷性的粗離析塊，且在無(wú)水壓力的情況下滲水較嚴(yán)重（圖4.17）。路面滲水系數(shù)檢測(cè)的結(jié)果也印證了路面粗離析帶（塊）區(qū)域存在較明顯的連通孔隙（圖4.18），將對(duì)路面抗水損壞性能不利。

4.2.2 芯樣厚度和壓實(shí)度

（1）左幅K13+730～K15+900段試驗(yàn)路壓實(shí)度，以最大理論相對(duì)密度為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算，平均值94.7%，最小值94.2%，大于93%（最低要求值）;以室內(nèi)馬歇爾試件密度為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的壓實(shí)度平均值99.3%，代表值98.8%，最小值98.7%，大于98%（設(shè)計(jì)值），均符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）左幅K13+730～K15+900段試驗(yàn)路孔隙率整體集中在4.3%～5.8%的范圍內(nèi)，平均值5.3%，基本符合要求，路面孔隙率較合適。

（3）從路面芯樣豎向質(zhì)量看，混合料粗、細(xì)集料相對(duì)較均勻，形成了較好的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)（圖4.19），從部分路面芯樣橫切面質(zhì)量看，所抽取的芯樣均較密實(shí)，粗細(xì)集料分布均勻性較好，形成了較明顯的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)（圖4.20～4.21），但部分路段芯樣骨架結(jié)構(gòu)相對(duì)較弱，形成了近懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)（圖4.22）。綜合判斷，可以推測(cè)路面將具有較好的密水性及基本能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的高溫穩(wěn)定性。

4.2.3 平整度

檢測(cè)結(jié)果顯示平整度平均值為0.68 mm，滿足設(shè)計(jì)文件的要求（σ≤1.0 mm）。

4.2.4 滲水系數(shù)

隨機(jī)抽取6處進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：除1處基本不滲，2處滲水系數(shù)小于100 mL/min外，符合設(shè)計(jì)要求，其余3處滲水系數(shù)均大于120 mL/min，最大滲水系數(shù)達(dá)169.2 mL/min，不符合設(shè)計(jì)要求，路面滲水系數(shù)合格率50%。

4.2.5 彎沉

采用貝克曼梁進(jìn)行彎沉檢測(cè)，結(jié)果表明：彎沉平均值=6.36（0.01 mm），標(biāo)準(zhǔn)偏差S=2.5（0.01 mm），代表值lr=+ZaS=10.7（0.01 mm），其中Za取為1.645。彎沉代表值小于設(shè)計(jì)彎沉值19.2（0.01 mm），路面彎沉滿足設(shè)計(jì)要求。

5 總結(jié)

結(jié)合施工技術(shù)規(guī)范，對(duì)直投式高模量改性瀝青混合料路面試驗(yàn)段的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了總結(jié)如下：

（1）高模量改性劑的摻量控制精度、高模量改性劑的分散均勻性、混合料溫度控制、混合料攪拌時(shí)間及混合料生產(chǎn)工藝、混凝土碾壓工藝是施工關(guān)鍵控制技術(shù)。

（2）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可直接使用現(xiàn)有的瀝青混合料拌和樓，僅需采用人工或機(jī)械投放方式直接加入外加劑攪拌即可。

（3）直投式高模量瀝青混凝土試驗(yàn)路路面整體均勻性較好，形成了較好的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，細(xì)集料填充程度較好，瀝青膠漿填充、包裹程度較理想，具有顯著的抗高溫性能和水穩(wěn)定性，可有效提升路面的強(qiáng)度、抗變形能力、抗剪切能力。

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