抗車轍劑在城市主干路瀝青路面施工中的應(yīng)用研究

朱啟天

摘 要： 為解決城市道路的車轍問題，節(jié)約養(yǎng)護(hù)維修成本，延長(zhǎng)道路使用壽命，圍繞抗車轍劑作用機(jī)理、抗車轍瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)以及施工工藝等方面展開了抗車轍劑在城市主干路瀝青路面施工中的應(yīng)用研究。研究結(jié)果表明：抗車轍劑的加入可以有效改善瀝青混合料的高溫抗變形能力；路面長(zhǎng)期性能跟蹤觀測(cè)結(jié)果顯示，摻加抗車轍劑的瀝青路面具有更小的車轍深度以及更好的長(zhǎng)期服役性能?？管囖H劑將在我國(guó)城市道路中具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

關(guān)鍵詞： 城市道路 車轍 施工工藝 應(yīng)用場(chǎng)景

中圖分類號(hào)： TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）02-0022-04

Research on the Application of Anti Rutting Agent in the Construction of Urban Main Road Asphalt Pavement

—Taking the North Extension Road Construction Project of Magao Road in Qixia District as an Example

ZHU Qitian

（ Nanjing Liuhe District Highway Management Station， Nanjing， Jiangsu Province， 211500 China ）

Abstract： In order to solve the problem of rutting on urban roads， save maintenance costs， and extend the service life of roads， the article conducts research on the application of anti rutting agents in the construction of urban main road asphalt pavement， focusing on the mechanism of action of anti rutting agents， the design of anti rutting asphalt mixture proportions， and construction techniques. The research results indicate that the addition of anti rutting agents can effectively improve the high-temperature deformation resistance of asphalt mixtures. The long-term performance tracking observation results of the road surface show that the asphalt pavement with added anti rutting agent has smaller rut depth and better long-term service performance. Anti rutting agents will have broad application scenarios in urban roads in China.

Key Words： Urban roads； Ruts； Construction technology； Application Scenario

城市主干路作為城市交通的重要組成部分，承載著大量車輛的行駛和交通運(yùn)輸任務(wù)。然而，長(zhǎng)期以來，由于交通負(fù)荷和外界環(huán)境因素的影響，城市主干路瀝青路面容易出現(xiàn)車轍現(xiàn)象，尤其在道路平交口、公交站臺(tái)等位置處，車轍病害較為嚴(yán)重，給行車安全和駕駛體驗(yàn)帶來了不利影響，且增加了養(yǎng)護(hù)維修成本。因此，如何有效改善和預(yù)防城市主干路瀝青路面的車轍問題成為了迫切需要解決的工程難題。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和材料工程的發(fā)展，抗車轍劑作為一種新型路面材料逐漸引起了廣泛關(guān)注。將其作為外加劑，加入到瀝青混合料中可以有效改善瀝青道路的抗車轍性能，延長(zhǎng)道路使用壽命。本文旨在通過系統(tǒng)的理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)研究以及實(shí)體工程應(yīng)用，分析抗車轍劑在城市主干道瀝青路面施工中的應(yīng)用效果，驗(yàn)證其在未來推廣應(yīng)用的可行性。

1 工程概況

南京市棲霞區(qū)馬高路北延道路建設(shè)工程（MGLBYSG1標(biāo)段），起于寧杭公路與現(xiàn)狀馬高路交叉口，線位沿寧芝路往北布設(shè)，先后與白鵝山路、獅麟路、美芝嘉路、獅子壩路相交，下穿滬寧高速后路線繼續(xù)向北，終點(diǎn)接金馬路與石獅路交叉口，道路全長(zhǎng)1.635 km。規(guī)劃等級(jí)為城市主干路，設(shè)計(jì)速度50 km/h。其中寧杭公路—滬寧高速段標(biāo)準(zhǔn)斷面寬45 m，滬寧高速—金馬路段標(biāo)準(zhǔn)斷面寬40 m。

2 抗車轍劑的作用機(jī)理

2.1 膠結(jié)作用

將抗車轍劑加入到拌鍋中與熱集料一起進(jìn)行拌合，此時(shí)抗車轍劑在高溫下軟化溶解。然后再加入瀝青進(jìn)行濕拌，溶解后的抗車轍劑顆粒與瀝青膠結(jié)，提高了瀝青的軟化點(diǎn)，降低其溫度敏感性，增加了與集料的黏附性，從而增強(qiáng)了瀝青混合料的抗剪切變形能力。

2.2 加筋作用

抗車轍劑中的高分子聚合物構(gòu)經(jīng)充分拌和形成塑料纖維，在瀝青膠結(jié)作用下形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[1]，并在集料骨架內(nèi)部相互搭接，起到纖維加筋作用。提升了瀝青膠漿體系的相互作用力，增強(qiáng)了其使用性能。

2.3 嵌擠作用

抗車轍顆粒在高溫條件下軟化，而后經(jīng)過碾壓成型，變成類似黏附性較高的細(xì)集料，嵌擠至混合料骨架空隙中，有效增大了集料間的相互作用力，填充了混合料空隙，增強(qiáng)了瀝青混合料整體的抗變形能力。

2.4 恢復(fù)變形作用

抗車轍劑的組成成分中含有相當(dāng)?shù)膹椥圆牧希@些材料具有一定的恢復(fù)變形能力[2]。當(dāng)車輛經(jīng)過道路時(shí)，彈性材料可以吸收和分散車輛輪胎施加在道路上的壓力和沖擊力，減緩路面變形的速度和程度。

3 抗車轍瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料選擇

3.1.1 瀝青

選用金海宏業(yè)鎮(zhèn)江石化有限公司生產(chǎn)的SBS 改性瀝青，經(jīng)檢測(cè)其各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

3.1.2 集料

集料選用句容船山建材有限公司生產(chǎn)的石灰?guī)r，規(guī)格為1# 13.20～26.50 mm、2# 4.75～13.20 mm、3# 2.36～ 4.75 mm、4# 0～2.36 mm。

3.1.3 填料

填料來自哲文建材有限公司，其表觀密度為2.687 g/cm3，親水系數(shù)為0.65，外觀無團(tuán)粒結(jié)塊。

3.1.4 抗車轍劑

選用路孚8000抗車轍劑，外觀呈黑色顆粒狀。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

3.2.1 確定最佳礦料級(jí)配

采用 AC-20C型級(jí)配結(jié)構(gòu)，選取 3 組不同粗細(xì)的礦料級(jí)配，設(shè)計(jì)級(jí)配范圍及各組級(jí)配組成如表1所示。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，按油石比 4.5%制作馬歇爾試件，測(cè)定其各項(xiàng)性能指標(biāo)。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，級(jí)配A、B、C的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，級(jí)配B的數(shù)據(jù)為最佳，故選定級(jí)配B為最佳礦料級(jí)配。

3.2.2 確定最佳油石比

按級(jí)配B設(shè)計(jì)的礦料比例配料，采用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五種油石比，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終確定最佳油石比為4.7%。

3.3 抗車轍劑最佳摻量的確定

為確定本項(xiàng)目路面工程所需抗車轍劑的最佳摻量，在廠家推薦摻量的基礎(chǔ)上，選取0%、0.3%、0.4%、0.5%這 4種不同摻量進(jìn)行優(yōu)選，根據(jù)各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)結(jié)果最終確定抗車轍劑的最佳摻量。

3.3.1 高溫性能

不同摻量下的AC-20C瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可看出，隨著抗車轍劑摻量的增加，AC-20C瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大，即高溫穩(wěn)定性有所提升，且提升幅度較大。當(dāng)摻量達(dá)到0.5%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度值需達(dá)到7 152 次/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范要求（≥6 000 次/mm）。分析原因可知，抗車轍劑中的塑料纖維成分在礦料骨架內(nèi)膠結(jié)形成網(wǎng)狀，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以提升瀝青膠漿體系的相互作用力，從而提高瀝青混合料的高溫抗變形能力[3]。

3.3.2 低溫性能

本文采用低溫彎曲試驗(yàn)來研究不同摻量下的抗車轍AC-20C瀝青混合料低溫性能，選取彎拉應(yīng)變作為低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

觀察圖2的低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果可知，在摻入抗車轍劑初期，混合料的低溫抗裂性能略有提升，但提升幅度不明顯。在摻量達(dá)到0.3%后，混合料的彎拉應(yīng)變有一個(gè)較大幅度的提高，原因是抗車轍劑的嵌擠作用和膠結(jié)作用，增強(qiáng)了瀝青混合料的承受荷載能力，提升了低溫抗裂能力。然而，當(dāng)摻量超過0.4%時(shí)，混合料的彎拉應(yīng)變急劇下降，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因?yàn)檫^多的抗車轍劑導(dǎo)致內(nèi)部材料局部失穩(wěn)，削弱了瀝青混合料的低溫性能。

3.3.3 水穩(wěn)定性

本文選擇浸水馬歇爾、凍融劈裂兩種試驗(yàn)來對(duì)4種不同抗車轍劑摻量下的AC-20C瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3中試驗(yàn)結(jié)果表明：殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比的變化規(guī)律基本一致，皆呈現(xiàn)出隨抗車轍劑摻量的增大，先快速升高再逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)。摻量達(dá)到0.4%時(shí)，兩種水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)已基本不再發(fā)生變化。相較于未摻加抗車轍劑的瀝青混合料，摻入0.5%抗車轍劑的瀝青混合料，其殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比分別提升了9.7%和10.4%。由此可看出，抗車轍劑的加入有助于提升瀝青混合料的抗水損害性能。

3.3.4 確定最佳摻量

綜合以上各摻量下抗車轍瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)結(jié)果，最終確定AC-20C瀝青混合料中最佳抗車轍劑摻量為0.5%。

4 實(shí)體工程應(yīng)用

本項(xiàng)目選擇在道路樁號(hào)：K0+700～K0+900處鋪筑試驗(yàn)段，在該處的道路中面層AC-20C 瀝青混合料中摻加抗車轍劑，摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.5%。

4.1 施工工藝研究

4.1.1 施工前準(zhǔn)備

在混合料拌合前要將抗車轍劑裝袋保存好，防潮、防結(jié)塊。對(duì)瀝青、集料等原材料進(jìn)行性能檢測(cè)，確保滿足規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。礦粉應(yīng)防止受潮，保證其潔凈干燥。

4.1.2 混合料拌合

抗車轍劑應(yīng)采用人工直投式“干法”的施工工藝，將其和熱集料同時(shí)加入拌合鍋進(jìn)行干拌，總時(shí)間大約控制在 8～15 s。干拌結(jié)束后，再將瀝青添加到拌合鍋中繼續(xù)拌和，瀝青預(yù)熱溫度根據(jù)瀝青種類確定，改性瀝青溫度高于普通石油瀝青10～20 ℃。噴入瀝青后，濕拌時(shí)間控制在35～45 s為宜，直至瀝青混合料拌和達(dá)到均勻狀態(tài)即立刻停止拌合。

瀝青混合料攪拌過程中，每天上下午各抽取一批樣品進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和抽提篩分試驗(yàn)。試驗(yàn)員為確?；旌狭戏鲜┕?biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)對(duì)出場(chǎng)的混合料進(jìn)行檢測(cè)。

4.1.3 混合料運(yùn)輸

運(yùn)輸車輛應(yīng)時(shí)刻保持干凈，雨季施工時(shí)，必須將料斗中的積水倒出再接料。每天在開始施工前，應(yīng)在運(yùn)輸車車廂內(nèi)部均勻涂抹隔離劑，避免在車廂底部堆積殘?jiān)?。運(yùn)輸車在運(yùn)輸過程中必須用防水保溫材料覆蓋瀝青混合料，以防止混合料熱量散失且避免被雨水、灰塵等污染。在抵達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，運(yùn)輸車輛應(yīng)按照規(guī)定的位置駛?cè)搿?/p>

4.1.4 混合料攤鋪

運(yùn)輸車將瀝青混合料運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，需要多臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行聯(lián)合鋪裝，根據(jù)道路寬度確定松鋪系數(shù)。熨平板應(yīng)按攤鋪寬度和攤鋪厚度進(jìn)行調(diào)整，預(yù)熱溫度不得低于100 ℃。

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)采用梯隊(duì)方式進(jìn)行施工，攤鋪機(jī)前后錯(cuò)開10～20 m，采用平衡梁控制攤鋪厚度。攤鋪速度應(yīng)與拌合樓產(chǎn)量相當(dāng)，通常保持在2.5 m/min，攤鋪機(jī)應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)地?cái)備?，保證混合料不發(fā)生離析現(xiàn)象。若在攤鋪過程中發(fā)現(xiàn)混合料出現(xiàn)明顯異常，應(yīng)立即查明原因并進(jìn)行緊急處理，以保證攤鋪質(zhì)量。

每攤鋪一段距離，應(yīng)對(duì)斷面標(biāo)高及橫坡進(jìn)行檢測(cè)，如若出現(xiàn)偏差必須立即進(jìn)行調(diào)整，在攤鋪機(jī)作業(yè)過程中還應(yīng)定期檢測(cè)攤鋪厚度，以免發(fā)生偏差。

4.1.5 混合料碾壓

抗車轍瀝青混合料碾壓施工分為初壓、復(fù)壓以及終壓3個(gè)階段，應(yīng)盡量降低攤鋪與碾壓工作的時(shí)間間隔，從而避免碾壓溫度不足導(dǎo)致壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的情況出現(xiàn)。在開始碾壓施工前應(yīng)設(shè)置好壓路機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

壓路機(jī)碾壓施工的具體原則是“高頻、低幅、緊跟、慢壓”，不得出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎、急剎車等情況，碾壓速度保證在2.0～2.2 km/h為宜。

必須全程對(duì)碾壓溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，不能進(jìn)行低溫碾壓，這易導(dǎo)致集料破壞；碾壓輪可以采用涂抹隔離劑的方式以保證潔凈。

抗車轍瀝青混合料的具體碾壓方式為初壓采用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行2遍靜壓，復(fù)壓采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行3～6遍的振壓，終壓采用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行1～2遍的靜壓。施工完畢后應(yīng)立即對(duì)實(shí)際壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 質(zhì)量檢測(cè)

試驗(yàn)路段鋪筑結(jié)束后，進(jìn)行了工后質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示其各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，壓實(shí)度分別達(dá)到了99.8%和99.5%。為進(jìn)一步研究抗車轍劑對(duì)鋪筑的瀝青路面長(zhǎng)期服役性能的影響，課題組研究成員對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行了兩年的跟蹤觀測(cè)，并且每半年就對(duì)試驗(yàn)段指定的檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行車轍深度檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，摻加抗車轍劑的路段，其車轍深度在路面運(yùn)行1年后僅為1.1 mm，后期增長(zhǎng)速度十分緩慢，摻加抗車轍劑的路段未出現(xiàn)車轍、裂縫等明顯質(zhì)量缺陷，外觀質(zhì)量達(dá)到要求。由此可見，抗車轍劑在城市道路中的工程應(yīng)用效果良好[4-5]。

5 結(jié)語

本文依托棲霞區(qū)馬高路北延道路建設(shè)工程案例，對(duì)抗車轍劑在瀝青路面施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并得到了以下結(jié)論：抗車轍劑的作用機(jī)理復(fù)雜，主要包括膠結(jié)作用、加筋作用、嵌擠作用以及恢復(fù)變形作用；通過綜合對(duì)比4種抗車轍劑摻量下的瀝青混合料的各項(xiàng)性能試驗(yàn)結(jié)果，最終確定AC-20C瀝青混合料中的最佳抗車轍劑摻量為0.5%；工后質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明：添加抗車轍劑路段的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求。通過兩年的路面長(zhǎng)期性能跟蹤觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，摻加抗車轍劑的瀝青路面具有更好的長(zhǎng)期服役性能。

參考文獻(xiàn)

[1]謝宇.瀝青路面混合料中抗車轍劑的應(yīng)用分析[J].交通世界，2023（25）：16-18，21.

[2]譚名燕，劉麗強(qiáng)，劉奎，等.市政工程道路瀝青路面施工技術(shù)[J].四川建材，2023，49（9）：147-148，151.

[3]洪浩.城市主干路瀝青路面的施工質(zhì)量控制[J].新材料·新裝飾，2022，4（20）：190-192.

[4]萬能.道路施工中瀝青路面的施工技術(shù)探討[J].中國(guó)建筑裝飾裝修，2022（12）：159-161.

[5]張嬌.大空隙率排水瀝青路面施工技術(shù)[J].交通世界，2023（23）：95-97.