MA103改性沥青混合料在旧水泥混凝土路面加铺中的综合性能研究

黄 冲，洪锦祥，邓 成，张德育，熊子佳

(1.江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室,南京 210008; 2.江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211103)

MA103改性沥青混合料在旧水泥混凝土路面加铺中的综合性能研究

黄 冲1,2，洪锦祥1,2，邓 成1,2，张德育1,2，熊子佳1,2

(1.江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室,南京 210008; 2.江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211103)

采用MA103沥青增强改性剂制备出改性AC-13沥青混合料，并成型组合式试件，通过车辙试验、疲劳试验对MA103改性AC-13沥青混合料的路用性能进行评价，与传统的几种沥青加铺层进行了路用性能和经济性对比分析，并通过泰兴市旧水泥混凝土路面加铺改造工程对MA103改性AC-13沥青混合料用于沥青加铺层的可行性进行了验证。结果表明：MA103改性AC-13沥青混合料较传统的沥青加铺层具有优异的抗车辙性能、疲劳性能和经济性，用于旧水泥混凝土路面加铺层材料是完全可行的。

旧水泥混凝土路面沥青加铺层; 沥青增强改性剂; 路用性能; 经济性

旧水泥混凝土沥青加铺路面是指在原水泥混凝土路面经过病害处理后，在其上加铺沥青混凝土形成的复合式路面，即工程中所谓的“白加黑”路面。目前“白加黑”路面逐步在各省市推广开来。由于橡胶沥青应力吸收层具有应力吸收、阻裂等优点，目前将其作为粘结层应用于“白加黑”路面较为普遍[1,2]。采用橡胶沥青应力吸收层后，沥青加铺层材料往往选择SMA-13或橡胶沥青混合料AR-AC-13。但SMA-13与橡胶沥青混合料AR-AC-13的造价太高，且抗剪性能不足[3,4]。另外，沥青加铺层厚度约6～10 cm，势必会增加路面的标高，而在某些路段如此高的标高难以被接受。因此，开发价格低廉且具有优异的抗剪性能、疲劳性能和高弹高韧性的沥青加铺层材料是解决目前沥青加铺层厚度较大以及因疲劳性能不满足要求而产生脱粘、开裂等问题的一个途径。

沥青增强改性剂是一种融合高粘度沥青改性剂与抗车辙剂优点的新型沥青改性剂，能够大幅度提高沥青混合料的低温抗裂性能与疲劳性能，是目前用来解决路面水损害、车辙、低温开裂、疲劳开裂等现象，延长路面服役寿命的新材料。文中采用江苏博特新材料有限公司研制的沥青增强改性剂MA103制备出改性AC-13沥青混合料，并成型组合式试件。通过车辙试验与疲劳试验对组合式试件的高温抗车辙性能与疲劳性能进行了评价，与传统沥青加铺层进行了路用性能和经济性对比分析，并结合泰兴市曾涛路等9条道路“白加黑”路面改造工程，验证了沥青增强改性剂MA103用于“白加黑”路面沥青加铺层的可行性，为此类其它工程提供借鉴。

1 试 验

1.1 原材料

本试验中沥青采用泰州70#沥青，其性能指标如表1所示。矿料采用江苏句容玄武岩，机制砂与矿粉均采用石灰岩，所用矿料的各项指标均符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。改性剂采用江苏博特新材料有限公司生产的润强MA103沥青增强改性剂，MA103是由一种热塑性热弹性乙烯基异分子聚合物EBA(主体成分)与

表1 泰州70#基质沥青的性能指标

普通热弹性体、硬质沥青、辅助剂经过高速混合、挤出、造粒而成的，其基本性能指标如表2所示，MA103改性沥青的性能指标如表3所示。

表2 沥青增强改性剂的性能指标

表3 MA103改性沥青的性能指标

从表3中可以看出，MA103沥青增强改性剂能够大幅度改善沥青的高温性能、低温性能和粘韧性能，但粘度增加幅度不大。MA103改性沥青整体性能与日本高粘度改性沥青的性能较为接近，MA103改性沥青的软化点略大于日本高粘度改性沥青，达到98.5 ℃。MA103改性沥青135 ℃粘度低于日本高粘度改性沥青，因此施工时沥青混合料碾压容易、能耗较低。

1.2 试验方案

1.2.1 MA103改性沥青混合料制备

MA103改性沥青混合料采用AC-13C型级配，如表4所示。

表4 AC-13C沥青混合料级配

将矿料(除矿粉外)在175 ℃烘箱中保温4 h后加入170 ℃的拌锅中，同时加入MA103沥青增强改性剂干拌120 s，其中MA103沥青增强改性剂的掺量为0.3%(占矿料的比例)，然后加入基质沥青继续搅拌120 s，最后加入矿粉(无需加热)搅拌120 s出锅成型试件。

1.2.2 全厚式车辙试件成型

试件结构组合形式为:4 cm水泥混凝土+1cm橡胶沥青应力吸收层+5 cmMA10改性AC-13沥青混合料(如图1所示)。参考相关文献[5]的研究成果，用加高的车辙试件模具成型与原水泥混凝土路面材料接近的C40混凝土试件，进行标准养护7 d，然后对其表面进行打磨粗糙化处理，并将混凝土试件放入60 ℃烘箱内加热2 h，洒铺橡胶沥青材料，然后立即在10 s内洒铺9.5～13.2 mm单一粒径碎石层，通过碾压设备进行碾压，待橡胶沥青完全冷却或碎石完全固化后，加铺上面层MA103改性AC-13沥青加铺层材料。

1.2.3 试验过程

分别采用车辙试验和疲劳试验对全厚式车辙试件的抗车辙性能和疲劳性能进行评价。进行车辙试验时，将全厚式车辙试件在常温下放置时间不低于48 h，然后进行全厚式车辙试验。试验方法与JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0719—2011沥青混合料车辙试验的试验方法相同[6]。进行疲劳试验时，首先在水泥混凝土层中央设置宽度为2 mm的贯穿裂缝，然后将试件切割成300 mm×50 mm ×100 mm尺寸的复合梁。采用万能试验机(UTM)进行疲劳试验，荷载模式为沥青混凝土加铺层顶部沿宽度方向的圆柱形荷载。试验时首先测定作用于复合梁中部的极限破坏荷载，然后利用极限破坏应力的0.4倍作为最大破坏荷载，应力比为0.1。试件温度为(15士1)℃，加载波形为半正弦波，加载频率为10 Hz。加载方式如图2所示。

2 试验结果与分析

为了更好地分析润强MA103沥青增强改性剂的作用效果，文中还进行了SBS改性AC-13、SMA-13、AR-AC-13、抗车辙剂改性AC-13四种较为常见的沥青加铺层作为对比。从抗车辙性能、疲劳寿命和经济性方面进行了对比分析。

2.1 抗车辙性能

采用动稳定度以及碾压2 h的车辙深度来评价全厚式车辙试件的高温抗车辙性能。车辙试验结果如表5所示。

从表5中可看出，采用MA103改性AC-13沥青混合料作为“白加黑”路面的沥青加铺层材料时，体系的动稳定度最高，达到7 200次/mm，2 h的车辙深度仅为1.16 mm，表明MA103具有最优异的高温抗车辙性能。而其它几种沥青加铺层材料中， SMA-13的抗车辙性能稍差，AR-AC-13的抗车辙性能最差，但仍满足规范中改性沥青混合料动稳定度大于2 800次/mm的技术要求。

表5 车辙试验结果

2.2 疲劳寿命

疲劳实验对试件裂缝中部进行加载，通过观察加铺层结构受到疲劳作用的加铺层材料以及应力吸收材料发生的初裂、扩展到不同部位及终裂时的荷载作用次数，以此评价疲劳性能。

试验中首先测试各种沥青加铺层材料组合式试件的破坏荷载与极限破坏强度，由于材料强度相差过大，因此在同应力比下进行疲劳试验时加载应力相差过大，将此时测得的疲劳寿命进行对比意义不大。因此，文中采用了几种组合式结构的极限破坏强度的平均值作为试验测试值，取其0.4倍作为荷载强度。弯拉疲劳寿命试验结果如表6所示。表6中初裂指出现肉眼可见的裂缝时的状态，1 cm是指裂缝深度达到1 cm，即橡胶沥青应力吸收层材料完全断裂时的状态。2 cm是指裂缝深度达到2 cm，即橡胶沥青应力吸收层材料完全断裂并且沥青加铺层材料出现1 cm深的裂缝时的状态，终裂是指组合式试件完全断裂时的状态。

表6 弯拉疲劳寿命试验结果

结合试验现象以及表6结果可知，采用MA103改性AC-13作为沥青加铺层材料时，当荷载作用12 000次时发生初裂纹，28 000次后橡胶沥青应力吸收层才完全断裂，表明MA103改性AC-13沥青混合料加铺层能够保护橡胶沥青应力吸收层，使整体路面结构具有良好的抗基层反射裂缝性能。采用SMA-13作为沥青加铺层材料时，初裂次数为14 000次，虽高于MA103改性AC-13沥青混合料，但终裂次数低于MA103改性AC-13沥青混合料，表明MA103改性AC-13沥青混合料的韧性优于SMA-13沥青混合料。而AR-AC-13沥青混合料作为沥青加铺层材料时，初裂次数与终裂次数均不如MA103改性AC-13沥青混合料，可能与AC-AC-13沥青混合料的强度偏低、加载时应力比较大有关系。

为了更好地分析沥青加铺层的抗疲劳性能，采用从沥青加铺层材料断裂开始到完全破坏时的加载次数作为疲劳寿命，即裂缝深度为1 cm到完全断裂时的疲劳寿命。MA103改性AC-13沥青混合料为10 000次，SMA-13 和AR-AC-13沥青混合料分别为6 000次、6 040次。由此可知，MA103改性AC-13沥青混合料的疲劳性能最优。因此，MA103改性AC-13沥青铺装层材料不仅可以消除应力集中现象，防止并延缓加铺层反射裂缝产生，且自身具有优良的抵抗疲劳破坏的能力。

2.3 经济性分析

为了便于进行经济性对比分析，仅对比了沥青加铺层材料(厚度均为5 cm)的造价，几种沥青加铺层材料的造价如表7所示。

从表7中可看出，MA103改性AC-13沥青混合料比SMA-13 和AR-AC-13沥青混合料要便宜20%左右，厚度为5 cm时造价仅为63.8元/m2。

表7 几种铺装层材料经济性分析

3 工程应用

泰兴市新区9条水泥混凝土路面需要进行“白加黑”罩面改造，具体的9条市政道路为曾涛路、国庆东路、鼓楼东路、贻芳路、市府西路、文江路、东润路、济川南路、润泰路，总铺装面积达36万m2。这些水泥混凝土路面大多建于2000年，经过十年来的运营使用，水泥混凝土路面出现了不同程度的底板脱空、断板、错台、裂缝等路面病害，使用性能大为降低。此9条市政道路是泰兴市新区的主要干道，同时存在交叉口众多，大型企业、住宅区、商铺网点多等特点，客观条件不允许在原有的水泥混凝土路面上加铺厚度超过10 cm，在加铺厚度受到限制的条件下如何延缓反射裂缝的产生是工程技术人员必须考虑的问题。

通过路用性能、经济性等多方面、全方位的技术比对，此工程最终采用“1 cm橡胶沥青应力吸收层+5 cm MA103改性AC-13C”的技术方案。整个工程经过1个月的施工后于2012年8月上旬完成，现场施工测得平整度为1.1 mm，压实度为96.6%，渗水率为150 mL/min，满足CJJ1—2008《城镇道路工程施工与质量验收规范》的要求。从钻芯效果来看，整个路面经过近2年半的使用后无反射裂缝出现，效果良好，但长期效果还有待检验。

4 结 论

a.MA103沥青增强改性剂能够大幅度改善沥青的高温性能、低温性能、粘韧性能，整体性能接近日本高粘度改性沥青，但高温粘度明显小于日本高粘度改性沥青，施工更加容易。

b.全厚组合式车辙试验表明，MA103改性AC-13沥青混合料加铺层材料具有优异的抗车辙性能，整体车辙试件动稳定度达到7 200次/mm。

c.全厚组合式弯拉疲劳试验表明，MA103改性AC-13沥青混合料加铺层材料具有优异的阻裂延缓裂缝扩展的功能和保护橡胶沥青应力吸收层的功能，其疲劳性能优于SMA-13与AR-AC-13两种沥青混合料加铺层材料。

d.泰兴曾涛路等9条“白加黑”罩面改造工程实践表明，MA103改性AC-13沥青混合料与橡胶沥青应力吸收层一起用于“白加黑”路面中加铺厚度小，路用性能良好，具有较好的经济效益。

[1] 廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究[D].武汉:武汉理工大学，2007.

[2] 周磊生.橡胶沥青透水应力吸收层力学特性与路面结构组合优化研究[D].山东:山东大学，2007.

[3] 韩 冰,廖述清.白加黑路面罩面改造设计要点[J].公路与汽运，2012(3)：154-156.

[4] 卢拥军.橡胶沥青路面在旧水泥混凝土路面改造设计中的应用[J].石油沥青, 2011, 25(5):52-57.

[5] 李 潜.基于防水粘结应力吸收的桥面铺装技术研究[D].武汉:武汉理工大学，2010.

[6] 交通运输部公路科学研究院.JTG E20—2011.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]，2011.

[7] 郑求才, 袁迎捷, 郑竞友,等.不同高粘沥青对排水路面性能的影响研究[J].中外公路, 2008, 28(3):144-147.

Research on Comprehensive Performance of MA103 Modified Asphalt Mixture in Old Concrete Pavement Overlaying

(HUANG Chong1，2，HONG Jin-xiang1，2，DENG Cheng1，2，ZHANG De-yu1，2，XIONG Zi-jia1，2

(1.State Key Laboratory of High Performance Civil Engineering Materials, Jiangsu Research Institute of Building Science Co, Ltd, Nanjing 210008, China; 2.Jiangsu Sobute New Materials Co, Ltd, Nanjing 211103, China)

The modified AC-13 asphalt mixtures were prepared with enhanced modifier MA103, and then the combined specimens were molded.The pavement performance of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures was evaluated by rutting test and fatigue test, and the pavement performance and economy of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures was compared with several traditional asphalt mixture overlays.The feasibility of MA103 modified AC-13 asphalt mixtures were verified though old concrete pavement overlaying projects in the city of Taixing.It is found that MA103 modified AC-13 asphalt mixtures have superb anti-rutting performance, fatigue performance and economy.It is completely feasible for MA103 modified AC-13 asphalt mixtures to be used in old concrete pavement overlaying.

asphalt mixture overlay on old concrete pavement; enhanced asphalt modifier; pavement performance; economy

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.004

2015-01-28.

江苏省建设厅科学计划项目(JS2011JH26，JS2012JH13).

黄 冲(1985-),硕士,工程师.E-mail:huangchong@cnjsjk.cn