Evotherm温拌SMA在公路养护中的应用

2012-09-25孙艳华

湖南交通科技 2012年4期

孙艳华，吕鑫

(湖南省娄新高速公路建设开发有限公司，湖南娄底 417000)

0 引言

温拌技术是国际上20世纪90年代后期发展起来的新技术，可以降低沥青混合料生产过程中的能源消耗与CO2等气体及粉尘排放量，同时保证温沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的使用性能和施工和易性。我国应用较早的一种温拌技术是基于乳化沥青分散技术的Evotherm温拌沥青混合料，这种沥青混合料设计和施工方便，设备无需改造，使用性能良好，国内学者对Evotherm温拌技术也多有研究［1～5］，研究成果表明 Evotherm 温拌沥青混合料较热拌沥青混合料，拌和与压实温度降低20℃ ～40℃，其使用性能基本与热拌相当。

目前，我国公路发展已开始由新建为主向公路养护与维修并重过渡，其中路面的养护与维修对保证道路正常运营起到至关重要的作用。路面病害的多样性，病害成因的复杂性，病害路段的分散性，施工安全性以及病害处置与维修要保证交通畅通等，加上以往道路工作者的重建轻养观点，严重制约了我国道路养护技术的发展。本文从实际工程的角度出发，介绍Evotherm温拌技术在衡枣高速公路上面层SMA—13沥青混合料的铣刨重铺中的应用情况，为以后解决添加抗车辙剂的SMA—13沥青混合料难以摊铺、压实和局部渗水问题，提供技术支撑，保证沥青路面的使用性能。

1 工程概况

衡阳－枣木铺高速公路(简称“衡枣高速”)是国家高速公路网中泉州－南宁高速公路(简称“泉南高速”，编号G72)在湖南境内的一段，也是湖南省东西方向的公路运输大通道，主线沥青路面结构为4 cm厚改性沥青SMA—13上面层+5 cm厚道路石油沥青AC—20Ⅰ中面层+6 cm厚道路石油沥青AC—25Ⅰ下面层 +稀浆封层和透层 +20 cm厚5.5%水泥稳定碎石基层+36 cm厚4%水泥稳定碎石底基层。随着车流量的逐年增加，特别是重载和超载车辆的增加，使衡枣高速公路沥青路面路段出现了一些病害，主要表现形式为车辙，通常出现在长大上坡路段。

通过现场调查，发现衡枣高速公路沥青路面现有的路面强度能够满足目前交通流量的要求，沥青路面产生了少数裂缝和坑槽，部分路段行车道轮迹带出现车辙，特别是在长大纵坡路段，车辙病害较为严重，平均车辙深度超过2 cm，这对高速公路的行车安全和舒适性有较大的影响。衡枣高速公路仅表面层SMA—13采用改性沥青，而中、下面层采用普通道路石油沥青，特别是中面层仅采用普通道路石油沥青对抗车辙是不利的，加上过境货车、重车比例很大，超载十分严重，因此重载作用时间长，容易导致路面产生车辙病害。

2 技术难点

在沥青路面维修养护施工时，由于养护工程存在点多、线长、面广的特点，混合料运输一般较远，且路段与工程量比较分散，导致混合料运至现场后，普遍存在温度较低、表层结壳现象，这样会使混合料产生比较严重的温度离析，从而致使路面碾压不实、局部渗水，形成质量隐患。

2009年对衡枣高速部分长大上坡路段车辙深度超过2 cm的路段进行了铣刨重铺，为提高混合料的高速稳定性，在重铺的改性沥青SMA—13混合料中添加了混合料质量3‰的路孚8000抗车辙剂，增加沥青混合料的高温稳定性［6］。由于混合料运输距离较远，且路段与工程量比较分散，添加抗车辙剂后，混合料比普通的SMA变得更粘更稠，导致混合料运至现场后，普遍存在温度较低、表层结壳现象，使混合料产生了比较严重的温度离析，从而致使路面碾压不实、局部渗水，形成了质量隐患。

3 解决方案

为解决混合料温度过低与离析、压实不够的问题，在室内试验研究的基础上，2010年，衡枣高速SMA—13铣刨重铺时，在混合料中添了加沥青质量的5%的Evotherm温拌剂(降粘剂)，重新进行混合料配合比设计。

Evotherm是基于乳化平台的一种温拌技术，通过化学表面活性剂和水膜的共同作用降低了沥青在高温下的粘度，沥青混合料在拌和时，化学表面活性剂和水膜形成独特的颗粒分散在沥青液体里面，化学剂的存在，降低了沥青与水的界面张力，使微量的水分稳定地存在于沥青中，水膜起到润滑的作用，从而降低了沥青的动力粘度，增加了沥青在较低温度下的和易性。混合料碾压过程中，水膜结构受到破坏，此时水膜内部微量的水分排除出去，化学添加剂分子向石料与沥青界面转移，起到抗剥落剂的效果［7］。

从施工现场来看，2010年衡枣高速SMA铣刨重铺施工就变得容易得多，没有出现过运料车表层结壳、不能完全卸料、摊铺不开的现象。

3.1 试验材料

试验用沥青结合料采用SBS I—D级改性沥青，其性质满足JTG F40－2004《公路沥青路面施工技术规范》［8］(以下简称 F40)规范表4.6.2 技术要求;集料采用攸县玄武岩碎石，粗、细集料均满足F40规范的一般要求;沥青混合料中的矿粉采用石灰岩磨细矿粉，其质量满足F40规范表4.10.1技术要求;SMA中纤维采用木质素纤维，掺量为混合料质量的0.4%;抗车辙剂采用路孚8000，掺量为沥青混合料质量的0.3%;温拌剂采用益路Evotherm，掺量为沥青质量的5%。

试验用沥青混合料采用F40规范定义的SMA—13型细粒式沥青玛蹄脂碎石混合料，图1所示为所用SMA—13沥青混合料集料级配。

图1 SMA－13沥青混合料集料级配

3.2 混合料试件准备

沥青混合料试件参照现行JTJ 052－2000《公路工程沥青及沥青混合试验规程》［9］，根据使用性能试验需要分别采用T0702“沥青混合料试件制作方法(击实法)”和T0703“沥青混合料试件制作方法(轮碾法)”准备。沥青混合料试件准备过程中，先将热集料、纤维、抗车辙剂加入拌和锅搅拌1 min，加入沥青与Evotherm温拌剂搅拌1 min，加入矿粉搅拌1 min，总时间为3 min，最后将混合料压实成型试件。

改性沥青混合料拌和与压实温度不能由沥青粘度－温度曲线关系得出，参考厂商建议和工程实践，一般SBS改性沥青混合料的拌和温度控制在175℃ ～185℃，添加Evotherm温拌剂后，拌和温度与压实温度可以降低20℃ ～40℃，为了保证沥青混合料的质量，同时考虑施工现场温度散失较快，试验室的拌和温度与压实温度较普通改性沥青混合料的降低20℃，拌和温度按160℃控制，试件成型温度按140℃控制。

3.3 配合比设计

Evotherm温拌SMA—13沥青混合料的配合比设计以现行规范为基础，采用马歇尔设计方法进行混合料配合比设计，混合料拌和温度控制在160℃，试件成型温度控制在140℃，设计空隙率为4%，最终试验得出Evotherm温拌SMA—13沥青混合料的所对应的最佳油石比为6.3%。

Evotherm温拌SMA—13型沥青混合料在最佳油石比OAC=6.3%时，其各项体积指标与强度指标如表1所示，从表1可知，Evotherm温拌SMA－13沥青混合料拌和温度与压实温度降低20℃，其混合料使用性能均能满足设计与F40规范表5.3.3－3热拌改性沥青SMA混合料的技术要求，特别是高温稳定性改善明显，完全可以用于高速公路沥青路面养护。

表1 SMA－13混合料试验结果

4 Evotherm温拌SMA混合料施工

2010年衡枣高速路面SMA铣刨重铺施工，在汲取以往经验教训的基础上，成功应用Evotherm温拌技术，同时对施工方法做了进一步改进，解决了养护过程中添加抗车辙剂的SMA的温度离析和难以压实的问题。

SMA混合料添加纤维时应采用专门纤维投放设备，并保证纤维能均匀地分散到拌和锅内;Evotherm温拌剂专用添加设备应与沥青泵联动，以保证在沥青喷射开始后2～3 s开始喷射温拌剂，并在沥青喷射完成前喷射完温拌剂，以保证温拌剂与沥青均匀混合而不是喷射到集料或矿粉上。

SMA混合料的拌和时间应比普通沥青混合料的拌和时间适当延长，当同时添加木质素纤维、聚脂纤维、抗车辙剂时，集料与木质素纤维、抗车辙剂等添加剂的干拌时间不少于20 s，湿拌时间不少于50 s。

改性沥青的加热温度一般应控制在160℃～170℃，矿料加热温度应控制在170℃ ～180℃，Evotherm温拌 SMA—13混合料出厂温度控制在155℃ ～165℃之间。

运料车采用双层覆盖，同时加盖保温毡、棉被和帆布蓬，并且覆盖物四周均固定，防止其在车辆行驶过程中被风吹动，保证运料车运到现场时，其混合料的温度满足摊铺和压实的要求。混合料到达摊铺现场测温为150℃，满足现场压实的要求。

5 施工路段检测

为了全面评估Evotherm温拌剂使用性能，课题组对2009年和2010年混合料技术指标与现场试验进行对比，结果如表2所示。

从表2的试验与检测结果来看，混合料在室内的设计结果基本一致，但由于2010年混合料中掺有沥青质量的5%的Evotherm温拌剂，Evotherm兼有抗剥落剂的作用，使混合料的水稳定性有所提高，现场压实度提高到了98.8%，满足了≥98%的技术要求，现场渗水系数与平整度均有较大的提高，达到了理想的效果。