USP溫拌瀝青在若民高速且末段的路用性能研究

鄭康瑜，朱玉璽，王英凱，帥志凱

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 引言

熱拌瀝青混合料（HMA）的生產(chǎn)、攤鋪過(guò)程中會(huì)消耗大量燃料并釋放大量的有毒氣體（VOC）和溫室氣體（GHG），不僅極大地浪費(fèi)了不可再生資源，還嚴(yán)重?fù)p害了作業(yè)人員的身體健康，促使全球溫室效應(yīng)加快[1-3]。熱拌瀝青混合料對(duì)環(huán)境溫度有嚴(yán)格要求，若環(huán)境溫度過(guò)低，HMA的溫度就會(huì)迅速下降，導(dǎo)致攤鋪時(shí)瀝青混合料的溫度過(guò)低，進(jìn)而導(dǎo)致混合料的空隙率不符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響路面的使用性能[4]。

新疆在我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略中占有重要地位，與我國(guó)東部相比，雖然新疆疆域遼闊，但是公路交通占比較小，極大地限制了新疆貨物運(yùn)輸能力、人員往來(lái)。為加強(qiáng)新疆人民交流和貨物運(yùn)輸，大力發(fā)展公路建設(shè)是主流趨勢(shì)。12 月初新疆且末地區(qū)溫度已經(jīng)較低，依據(jù)規(guī)范已不適合熱拌瀝青混合料施工。USP 是一種瀝青溫拌添加劑，它不僅可以降低施工溫度，使瀝青混合料在較低溫度下可以施工，還可以減少有害氣體排放[5-7]。為了滿(mǎn)足施工條件，并遵循國(guó)家節(jié)能減排的倡議，將USP 添加劑加入瀝青中制成USP 溫拌瀝青混合料，進(jìn)行溫拌瀝青混合料施工。本文研究了USP瀝青混合料在下面層的路用性能，供業(yè)界參考。

2 原材料

2.1 瀝青

選擇新疆克拉瑪依90#A級(jí)瀝青，性能滿(mǎn)足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[8]的要求。選擇新疆克拉瑪依瀝青不僅因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的性能，還因?yàn)槭┕ろ?xiàng)目位于新疆，采用該瀝青會(huì)縮短運(yùn)輸距離，減少運(yùn)費(fèi)。

2.2 集料

集料產(chǎn)自當(dāng)?shù)氐娜藞F(tuán)沉沙池西料場(chǎng)，其性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 粗集料檢測(cè)結(jié)果

表2 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

2.3 USP添加劑

USP添加劑是一種新型材料，不僅可以降低瀝青混合料的生產(chǎn)拌和溫度，還可以提高其路用性能。將USP添加劑加入瀝青中能使瀝青分子斷裂，從而降低瀝青的粘度；當(dāng)USP瀝青混合料攤鋪到路面中時(shí)，隨著時(shí)間的推移，在大氣、陽(yáng)光、溫度等環(huán)境作用下，瀝青分子的斷鏈又重新連接，增加了瀝青分子量，并且USP中的活性組分能與集料中的硅酸鹽等物質(zhì)發(fā)生類(lèi)似絡(luò)合反應(yīng)的化學(xué)改性過(guò)程，增強(qiáng)了瀝青與集料之間的粘附性，USP溫拌瀝青混合料的強(qiáng)度會(huì)逐漸增加[5-7]。根據(jù)USP添加劑摻量的不同，可以將USP 添加劑分為溫拌劑和改性劑。當(dāng)USP劑量在6%～8%時(shí)為改性劑，可極大提高路面的抗水損害能力，高溫性能和其他路面性能也得到了提高；當(dāng)USP添加劑摻量為3%～5%時(shí)為溫拌劑，其加入瀝青混合料后混合料性能與其它溫拌瀝青混合料性能相比，高溫性能和抗水損害能力有所提高。

2.4 USP溫拌瀝青

試驗(yàn)室中USP溫拌瀝青的制備是將4%USP溫拌劑（表3）加入基質(zhì)瀝青中，均勻攪拌得到，其性能見(jiàn)表4。

表3 USP溫拌劑檢測(cè)指標(biāo)

表4 USP溫拌瀝青檢測(cè)結(jié)果

3 混合料設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)

3.1 混合料配合比設(shè)計(jì)

從三十八團(tuán)沉沙池西料場(chǎng)取回集料，對(duì)其篩分、烘干進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，最終確定若民高速且末段USP溫拌瀝青試驗(yàn)段下面層AC-25C 施工集料比為（22～28）mm：（11～22）mm：（6～11）mm：（3～6）mm：（0～3）mm：礦粉=19：22：23：11：22：3，油石比為3.9%，USP 溫拌劑摻量為4%。表5為目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)，表6為USP溫拌瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)參數(shù)。

表5 目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)

表6 USP溫拌瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)

3.2 生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

目標(biāo)配合比中的集料需在試驗(yàn)室中進(jìn)行篩分和烘干，然后進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，使用這種方法設(shè)計(jì)出來(lái)的配合比生產(chǎn)出的混合料性能與實(shí)際拌合樓中生產(chǎn)出的混合料性能并不完全一致。因?yàn)樵诎韬蠘侵袕睦淞陷斔汀⒑Y分，到得到熱料，熱料輸送過(guò)程中變量無(wú)法精準(zhǔn)控制，導(dǎo)致進(jìn)入拌鍋中的熱料與試驗(yàn)室中烘箱中的集料級(jí)配不同[9]。為了保證生產(chǎn)配合比生產(chǎn)的瀝青混合料性能與試驗(yàn)室中得到的瀝青混合料性能大致相同，滿(mǎn)足工程實(shí)際的需要，取拌合樓中生產(chǎn)的USP溫拌瀝青混合料，在試驗(yàn)室進(jìn)行高溫性能和水穩(wěn)性能試驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)配合比進(jìn)行驗(yàn)證，保證其路用性能。

3.2.1 高溫性能

依據(jù)規(guī)范[8]，對(duì)USP 溫拌料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7 可知，變異系數(shù)為11%，小于規(guī)范要求的20%，三次試驗(yàn)結(jié)果和其平均值均大于規(guī)范要求（≥1000 次），三個(gè)值均可作為試驗(yàn)結(jié)果，表明其在較高溫度下，路面經(jīng)車(chē)輪碾壓時(shí)變形很小，即路面在夏季仍具有很好的抵抗車(chē)轍病害的性能。

3.2.2 水穩(wěn)定性

依據(jù)規(guī)范[8]中T 0709-2011 和T 0729-2000，對(duì)USP溫拌瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表8、表9。

由表8、表9 可知，殘留穩(wěn)定度為82.7%，凍融劈裂強(qiáng)度比為80.0%，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，USP 溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較好。

表8 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表9 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

4 工程應(yīng)用研究

在若民高速且末段進(jìn)行了粗粒式USP溫拌瀝青混合料AC-25C 下面層試驗(yàn)段的施工。試驗(yàn)段在里程為K1899+000～K1899+500（左幅）處進(jìn)行攤鋪，其攤鋪長(zhǎng)度為500m，寬度為11.35m，壓實(shí)厚度為7cm。壓路機(jī)具體數(shù)值及施工參數(shù)見(jiàn)表10。

表10 壓路機(jī)速度和施工碾壓遍數(shù)

由表10 可知，三種膠輪壓實(shí)遍數(shù)下壓實(shí)度均滿(mǎn)足規(guī)范要求[10]，膠輪碾壓4 遍比膠輪碾壓5 遍的壓實(shí)度有所降低；碾壓6 遍與碾壓5 遍相比，壓實(shí)度有所降低。雖然碾壓5遍壓實(shí)度較好，但碾壓4遍時(shí)路面壓實(shí)度已滿(mǎn)足要求。綜合考慮經(jīng)濟(jì)要求，最終選定膠輪碾壓4遍作為實(shí)際施工中膠輪碾壓次數(shù)。

試驗(yàn)段設(shè)計(jì)的松鋪厚度為8.4cm，壓實(shí)厚度為7cm，松鋪系數(shù)為1.2，在試驗(yàn)段瀝青下面層壓實(shí)過(guò)程中，實(shí)時(shí)測(cè)量松鋪厚度及壓實(shí)厚度，統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表11。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)USP 溫拌瀝青性能、配合比設(shè)計(jì)和目標(biāo)配合比驗(yàn)證進(jìn)行試驗(yàn)研究，保證了若民高速且末段USP溫拌瀝青混合料下面層試驗(yàn)段的順利實(shí)施，得出如下結(jié)論：

表11 松鋪系數(shù)

①對(duì)4%USP 溫拌瀝青常規(guī)性能檢測(cè)，其三大指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范需求，可將該瀝青用于工程使用。

②對(duì)USP 溫拌瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，動(dòng)穩(wěn)定度為2354 次/mm，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別為82.7%和80.0%，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，USP溫拌瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)性能較好。

③從室內(nèi)試驗(yàn)、試驗(yàn)段施工檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，試驗(yàn)段的整體效果較好。