公路高黏改性瀝青排水路面技術(shù)研究

劉先鐘、張建剛

（中交長江咨詢集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

因?yàn)闉r青路面的優(yōu)勢是耐久性高、舒適度好、后續(xù)維護(hù)管理比較方便且建設(shè)成本低，所以我國很多地區(qū)都開始全面建設(shè)瀝青路面，推動(dòng)公路事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雨天高速公路發(fā)生交通事故的概率比較高，是晴天的9倍左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雨季發(fā)生交通事故的概率是25%左右。因?yàn)樵诮涤曛?，瀝青路面內(nèi)部有一定的空隙率，大約在3%～5%之間，雨水進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)而無法及時(shí)排出，導(dǎo)致車輛行駛安全受到較大的影響。排水瀝青路面在建設(shè)后，必須設(shè)置合理的排水結(jié)構(gòu)形式，使用排水路面形式，以滿足公路運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和要求。但是我國很多地區(qū)建設(shè)的瀝青路面排水效果都比較差，在運(yùn)行幾年后內(nèi)部的空隙被泥土、落葉堵塞，造成排水性、降噪性比較差?；诖?，應(yīng)用高黏改性瀝青取代傳統(tǒng)瀝青的材料，可以提升結(jié)構(gòu)的形式，滿足瀝青路面的排水性要求，對于公路工程運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生積極的作用，保障人們的出行安全，避免發(fā)生交通事故[1]。

1 高黏改性瀝青性能研究

1.1 高黏改性瀝青制備工藝

高黏改性瀝青制作主要是通過現(xiàn)有成品或者基質(zhì)瀝青材料進(jìn)行。選取3種不同的高黏改性劑制作高黏改性瀝青，其具體工藝如下：首先，稱量出500～1000g基質(zhì)瀝青材料，根據(jù)事先設(shè)定的高黏劑加入比例確定摻加量；其次，將稱量好的基質(zhì)瀝青加到容器內(nèi)，將溫度提升到170℃左右，逐步加入改性劑，并且使用玻璃棒攪拌均勻，再應(yīng)用4500r/min的速度高速剪切，整個(gè)制作環(huán)節(jié)保持溫度處于170～180℃之間；最后，如果高黏劑的加入比例較大，可以在攪拌的同時(shí)加入材料，使得基質(zhì)瀝青與高黏劑充分混合，避免存在顆粒，實(shí)現(xiàn)總體效果的提升。

表13 種高黏改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

1.2 高黏改性瀝青試驗(yàn)分析

在該研究中，基質(zhì)瀝青選用的SK-70#重交道路石油瀝青材料，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)分析，通過試驗(yàn)確定最佳的參數(shù)，以滿足當(dāng)前的使用需要。經(jīng)過技術(shù)人員深入分析，加入比例為10%、12%、20%的高黏劑進(jìn)行基質(zhì)瀝青的改性處理。對比分析以上幾種比例，加入12%的高黏劑可以使混合料的性能得到改善，其高低溫與黏度值比較適中，并且制作環(huán)節(jié)攪拌方便，操作難度比較低。不同比例的高黏劑改性前后的性能參數(shù)對比見表1。

分析表1的數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：其一，選擇使用3種不同比例加入基質(zhì)瀝青，混合料的軟化點(diǎn)與60℃的動(dòng)力黏度值都有很大的提升，針入度不斷降低，表示基質(zhì)瀝青加入高黏劑之后高溫性能、稠度都有很大提高。其二，應(yīng)用針入度指數(shù)分析、了解改性瀝青膠體特性，對比3種混合料的指數(shù)高低，即C-1型＞J型＞C-2型，說明C-1型瀝青混合料的高溫性能最高。其三，J型高黏改性劑與C-1型高黏改性劑的差異最小，并且成本比較低，可以滿足工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到路面性能的要求，在排水瀝青路面應(yīng)用有較高的價(jià)值，完全可以滿足公路交通的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 高黏改性瀝青配合比設(shè)計(jì)

1.3.1 集料

根據(jù)混合料的性質(zhì)選擇合適的集料，考慮到化學(xué)性質(zhì)，確保瀝青路面的性能符合要求，同時(shí)還要有效控制集料的壓碎值、針片狀的含量。在施工中，選擇使用玄武巖制作粗集料，細(xì)集料則是應(yīng)用石灰?guī)r制作，性能和質(zhì)量符合要求。

1.3.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

該工程項(xiàng)目根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)使用OGFC-13型排水瀝青混合的配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，見表2。

表2 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

1.3.3 路用性能試驗(yàn)

按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排水瀝青路面的級(jí)配以及最佳瀝青使用量的確定，并且選擇應(yīng)用不同加入比例的高黏改性劑制作高黏改性瀝青，對該混合料進(jìn)行高溫性能試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 高溫性能比較分析

經(jīng)過對表3的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，不同比例的高黏改性瀝青混合的動(dòng)穩(wěn)定度全部滿足3000次/mm的標(biāo)準(zhǔn)要求，其排列順序依次是：J型＞C-1型＞C-2型，表示3種混合料的高溫性能都比較高，完全符合當(dāng)前公路工程的使用需要。經(jīng)過對實(shí)際狀況分析發(fā)現(xiàn)，使用高黏改性瀝青進(jìn)行排水瀝青路面施工的效果最好，性能比較優(yōu)越。水損害是目前比較嚴(yán)重的瀝青路面病害形式，主要是降雨后水分進(jìn)入瀝青路面結(jié)構(gòu)，冬季溫度降低而發(fā)生凍融反映，導(dǎo)致混合料內(nèi)部存在裂縫、松散的質(zhì)量問題。因?yàn)榕潘疄r青路面的空隙率超過普通瀝青混合料制作的路面，水分會(huì)快速進(jìn)入瀝青路面結(jié)構(gòu)，并且無法及時(shí)排出，所以必須確保排水瀝青路面有較高的穩(wěn)定性才能滿足工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在該工程項(xiàng)目中，應(yīng)用馬歇爾試驗(yàn)評價(jià)不同材料的水穩(wěn)定性。從馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)論分析發(fā)現(xiàn)，3種高黏改性瀝青混合的水穩(wěn)定性排序?yàn)镴型＞C-1型＞C-2型，且C-1型與J型總體相差不大，表示應(yīng)用C-1型高黏改性劑對于提升瀝青混合料穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的意義[2]。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目建設(shè)長度為35.45km，經(jīng)過與當(dāng)?shù)氐臍庀蟛块T溝通并調(diào)查相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的降雨量比較大，屬于山地濕潤區(qū)，年平均降雨量在700mm左右。因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)降雨量較大，所以容易發(fā)生路面積水嚴(yán)重的問題，極大地影響公路交通的安全性。為了能夠降低大量積水對于公路交通安全性的不利影響，設(shè)計(jì)人員選擇應(yīng)用大空隙排水瀝青路面的形式。在設(shè)計(jì)方案中，將路面結(jié)構(gòu)分析上、下兩層，厚度分別是2.5cm、4.0cm，空隙率為18%～25%。選擇應(yīng)用TPS高黏改性瀝青材料。

2.2 大空隙率排水瀝青路面施工工藝

2.2.1 拌和

以現(xiàn)場施工的標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點(diǎn)，在拌和站生產(chǎn)符合要求的混合料，并且加入規(guī)定比例的高黏劑，以達(dá)到改性的標(biāo)準(zhǔn)要求。加入高黏劑后會(huì)快速實(shí)現(xiàn)熔融分散，主要的作用是改善瀝青混合料的性能。采用人工方式加入高黏劑的方式促進(jìn)改善，提前將高黏劑分解為多個(gè)小包，堆放到作業(yè)現(xiàn)場，一般以袋為單位使用即可。在混合料拌和操作中，使用的是“一鍋一投”的操作方式。在拌和作業(yè)的環(huán)節(jié)，把熱集料加入拌和鍋，并且再加入高黏劑，以制作高黏改性瀝青混合料[3]。

2.2.2 運(yùn)輸

為了使排水瀝青混合料的性能合格，根據(jù)拌和站內(nèi)每日生產(chǎn)量以及實(shí)際的運(yùn)輸距離等因素，確定合適的車輛運(yùn)輸能力以及型號(hào)、數(shù)量等，做好如下幾點(diǎn)：一是因?yàn)榛旌狭蟽?nèi)的粗集料含量較大，為了預(yù)防發(fā)生離析，在裝載時(shí)要按照前、后、中的順序進(jìn)行車廂裝載。二是裝載完成后，立即使用雙層篷布進(jìn)行覆蓋處理，且在車廂兩側(cè)采用保溫措施，從而達(dá)到預(yù)防污染、防雨、保溫的效果。三是運(yùn)料車運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場之后，進(jìn)行混合料溫度的檢測，主要是通過設(shè)置測溫孔的方式，保證溫度在170℃以上。四是在車廂底部、側(cè)板涂抹一層植物油，以防止發(fā)生材料黏附車輛的情況。五是運(yùn)輸材料使用運(yùn)載能力超過15t的自卸車進(jìn)行，滿足拌和速度、施工進(jìn)度的要求，且能符合保溫工作的要求。六是攤鋪工作開始之后，確保每一臺(tái)攤鋪設(shè)備至少有2輛車輛等候。七是組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場的指揮管理，卸載車輛停止在攤鋪車輛前部10～30cm的位置上，掛空擋，攤鋪車輛推動(dòng)卸載車輛運(yùn)行，完成材料的裝載需要。

2.2.3 攤鋪

排水瀝青混合料的主要優(yōu)勢是斷級(jí)配、空隙率大，短時(shí)間內(nèi)溫度快速下降。溫度容易導(dǎo)致離析的問題。因此，在攤鋪現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)應(yīng)該做好各個(gè)生產(chǎn)要素的調(diào)節(jié)，并且進(jìn)行連續(xù)性攤鋪處理，防止發(fā)生離析問題，減少接縫數(shù)量，提高公路的質(zhì)量水平?，F(xiàn)場配置2臺(tái)攤鋪機(jī)，保持梯隊(duì)作業(yè)的方式，前后交錯(cuò)2～5m的距離。攤鋪機(jī)在行駛環(huán)節(jié)要保持均勻、慢速行駛，不能存在掉頭、停止或者改變速度的情況，保證攤鋪后現(xiàn)場路面達(dá)到平整度的要求，如果局部位置沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以采取人工修補(bǔ)的方式處理。結(jié)合當(dāng)前的路面排水方面的要求，設(shè)置內(nèi)部橫向排水設(shè)施，空隙的分布對于排水效率造成影響。如果外側(cè)空隙率小于內(nèi)側(cè)，雨水聚集在瀝青道路內(nèi)側(cè)，造成車道表面出現(xiàn)漫流，極大地影響排水性能，安全性受到很大的威脅。因此，現(xiàn)場施工中應(yīng)該確定合適的空隙，從而可以保證排水效率的提升[4]。

2.2.4 碾壓

碾壓是公路工程施工的重要環(huán)節(jié)，通過碾壓作業(yè)可以全面提升密實(shí)度、平整度，以達(dá)到公路運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求，符合高黏改性瀝青排水路面的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在排水瀝青混合料內(nèi)有著比較多的空隙，如果碾壓比較嚴(yán)重，必然導(dǎo)致內(nèi)部的粗集料分布發(fā)生變化，空隙也會(huì)受到影響，出現(xiàn)嵌擠界面破碎、骨架失穩(wěn)等嚴(yán)重的情況，并不能形成完整的雨水滲流通道，造成雨天大量積水無法及時(shí)排出。如果碾壓不到位，結(jié)構(gòu)的性能比較差，空隙比較大，完整度不足，在車輛的碾壓作用下，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的坑槽等病害問題。因此，科學(xué)合理地進(jìn)行碾壓是提升高黏改性瀝青排水路面性能的關(guān)鍵，要確定合適的碾壓方式、運(yùn)行參數(shù)以及溫度等，以確保性能符合要求，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重的問題?；诖?，在施工中，按照如下要求進(jìn)行碾壓施工：

（1）初壓、復(fù)壓的環(huán)節(jié)，應(yīng)用鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行施工，采取靜壓的方式，如果設(shè)備有振動(dòng)碾壓功能，應(yīng)關(guān)閉該功能，以免內(nèi)部粗集料分配不均勻而影響結(jié)構(gòu)性能的要求。終壓施工采用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行，保持溫度在80℃左右，可以避免集料分散的問題，碾壓遍數(shù)根據(jù)路面的性能情況確定。

（2）溫度對于混合料的性能存在直接的影響，同時(shí)也是影響碾壓質(zhì)量的重要因素。攤鋪工作結(jié)束后立即碾壓施工，防止溫度下降速度過快而影響路面的性能。初壓環(huán)節(jié)的路面溫度在165℃左右，并且保持與攤鋪機(jī)較短的距離，以達(dá)到碾壓效果要求。

（3）在斷級(jí)配排水瀝青路面碾壓作業(yè)中，外部作用力的影響容易導(dǎo)致混合料發(fā)生推移的危害。為了防止發(fā)生這一問題，保持均勻、慢速碾壓是基本原則，壓路機(jī)的運(yùn)行達(dá)到平順度的要求，不能突然提速或者降速，也不能緊急制動(dòng)，以免造成路面發(fā)生推移的危險(xiǎn)。壓路機(jī)運(yùn)行保持平順性的要求，碾壓效果符合要求。

（4）在正式施工之前，進(jìn)行試驗(yàn)分析，制定符合要求的碾壓施工方案，碾壓遍數(shù)、設(shè)備運(yùn)行速度都滿足要求，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求，再開始碾壓施工，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題，從而提升路面的總體性能[5]。

3 排水性能檢測

在大空隙排水瀝青路面現(xiàn)場施工作業(yè)中，排水性能是公路工程質(zhì)量的重要參數(shù)，所以加強(qiáng)排水性能的檢測極為重要。在工程實(shí)施中，選擇3個(gè)樁號(hào)，各個(gè)樁號(hào)隨機(jī)選取3個(gè)測點(diǎn)，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，匯總各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，然后計(jì)算平均數(shù)值。選擇應(yīng)用路面滲水儀進(jìn)行檢測，應(yīng)用前進(jìn)行檢定，精度符合要求。以目前的工程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來看，總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，高黏改性瀝青排水路面的滲透系數(shù)超過800mL/15s。經(jīng)過對該工程的檢測，發(fā)現(xiàn)排水性能參數(shù)超出上述標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，使用效果符合要求。

4 結(jié)語

以實(shí)際工程案例為出發(fā)點(diǎn)，選擇使用3種不同的加入比例對比分析，對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性處理，以得出高黏改性瀝青混合料的性能參數(shù)。經(jīng)過對比以及工程實(shí)際質(zhì)量檢測，發(fā)現(xiàn)J型高黏改性劑與C-1型高黏改性劑的綜合性能較高，所以可以將其應(yīng)用到工程實(shí)踐中，為我國公路工程施工奠定基礎(chǔ)。