天然岩沥青复合改性沥青性能评价与应用研究

余四新，韦金城，蔡长松，吴立强

（1.高速公路养护技术交通行业重点实验室（济南），山东济南250031；2.滨州市公路管理局，山东滨州256603）

天然岩沥青复合改性沥青性能评价与应用研究

余四新1，韦金城1，蔡长松2，吴立强2

（1.高速公路养护技术交通行业重点实验室（济南），山东济南250031；2.滨州市公路管理局，山东滨州256603）

提高沥青胶结料的高温粘度是增强路面沥青混合料抗车辙性能的重要措施，而在实际工程应用中沥青胶结料的选择应综合考虑其高低温性能。文章对所研发的天然岩沥青－SBS复合改性沥青进行了高低温性能评价，针对该复合改性沥青进行AC－16和SMA－13配合比设计，并应用到高速公路车辙维修工程。结果表明：该复合改性沥青性能分级为PG82－22，混合料TSR大于80%，低温破坏应变大于3000με，现场芯样浸水汉堡轮辙试验深度小于6mm，该复合改性沥青混合料在满足低温性能的同时提高了抗高温车辙性能。

道路工程；沥青路面；养护工程；天然岩沥青复合改性沥青；车辙

0 引言

据统计，大约80%的沥青路面的维修养护是因为路面车辙变形所引起。与路面裂缝、水损坏等其他病害相比，沥青混凝土路面中的车辙危害性最大［1］。沥青路面中的沥青材料是一种典型的粘弹性材料，对于粘弹性材料，在重复荷载作用下，呈现出变形的逐渐增大［2］。为了提高沥青路面的抗车辙能力，除了在原材料选择上应选择石质坚硬、耐磨、洁净、干燥、无风化、无杂质，具有良好的颗粒形状的集料以外，还应选择稠度较高、软化点高、温度稳定性较好，在高温下仍能保持足够的粘滞性的沥青，同时还应重视沥青的低温性能以保证沥青混合料抗低温开裂性能。近年来，在提高沥青混合料高温性能的应用研究方向主要体现在沥青的选择上，如采用SBS改性沥青、天然岩沥青改性沥青［3］、低标号硬质沥青、外加抗车辙剂或高模量剂［4］、复合改性沥青等。但是在工程应用中发现，单一改性沥青如SBS改性沥青无法满足日益增长的高温性能要求［5］；经纯天然岩沥青改性的沥青，高温性能显著提高，但是几乎同幅度地降低了低温性能［6］；低标号硬质沥青在提高混合料高温性能的同时低温性能却显著降低，路面低温开裂现象严重［7－8］；掺加高模量剂或抗车辙剂的造价较高，并且增大拌和难度，计量不准等。因此，在考虑成本因素的基础上，采用天然岩沥青和SBS改性剂对基质沥青进行复合改性以获得良好的高低温综合性能的P G 82－22复合改性沥青，并将其应用到高速公路养护中车辙维修工程中，通过现场钻取的芯样浸水汉堡轮辙试验验证混合料高温及水稳定性能，可为高速公路沥青路面车辙维修工程材料设计及混合料施工提供参考。

1 天然岩沥青复合改性沥青性能评价

1.1 常规指标

首先根据JTGE 20—2011《沥青及沥青混合料试验规程》［9］进行了相关指标的检测，检测结果见表1。由表1中数据可知，该天然岩沥青复合改性沥青的软化点高于SBS I－D改性沥青标准，有利于提高沥青混合料的高温性能。

表1 天然岩沥青复合改性沥青常规性能指标试验结果

1.2 性能分级

根据AASHTOMP1沥青胶结料性能分级规范［10］，对该天然岩沥青复合改性沥青P G分级试验，试验结果如表2、3所示。根据试验结果，该天然岩沥青复合改性沥青P G分级为P G 82－22，即该天然岩沥青复合改性沥青可以适应的沥青路表最高温度为82℃，最低温度为－22℃的气候条件。对比该天然岩沥青复合改性沥青的性能分级评价结果及SBS改性沥青性能分级P G 76－22和70号沥青性能分析P G 64－22，可知在沥青高温性能方面，该天然岩沥青复合改性沥青较SBS改性沥青提高了1个等级，较70号沥青提高了3个等级，同时其低温性能保持不变。

表2 天然岩沥青复合改性沥青性能分级数据（DSR）

表3 天然岩沥青复合改性沥青性能分级数据（BBR）

2 天然岩沥青复合改性沥青混合料配合比设计

2.1 目标配合比设计

针对该天然岩沥青复合改性沥青进行A C 16中面层和SMA－13表面层目标配合比设计。采用马歇尔试验配合比设计方法优选矿料级配，确定最佳沥青含量，并进行规定实验条件的性能检验。矿料级配采用山东省交通科研所推荐的工程级配，混合料设计空隙率较基质沥青和SBS改性沥青混合料空隙率小，且由于天然岩沥青复合改性沥青粘度较基质沥青和SBS改性沥青大，为了便于现场施工压实，并提高混合料抗低温开裂性能，适当增加沥青用量提高混合料沥青饱和度。混合料合成级配如图1所示，设计沥青用量及马歇尔试验结果见表4。

图1 混合料合成级配曲线

表4 设计沥青用量及马歇尔试验结果

2.2 性能检验

按照JTGF 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》［11］规定，对沥青混合料进行水稳定性检验、高温稳定性和低温性能检验，试验结果如表5所示。为了体现出天然岩沥青复合改性沥青抗高温车辙性能，将其车辙性能试验的标准温度由60℃提高到70℃，标准轮压力由0.7 MPa提高到1.0 MPa。由表5中试验结果数据可知，天然岩沥青复合改性沥青混合料的车辙深度小于2 m m，并且其低温破坏应变＞3000μ ε，反应水稳定性的TSR＞80%。由以上试验结果可知，该天然岩沥青复合改性沥青混合料的高低温性能优良。

3 天然岩沥青复合改性沥青工程应用

环”高等级公路网规划中“一纵”的重要组成路段，起于滨州市西部，在沾化大高与G 205连接，全长28.2 k m，按双向四车道高速公路标准建设，于2005年12月1日建成通车。长深高速公路是中国交通量最大和轴重最重的高速公路之一。根据实测资料，长深高速滨州段的大型货车车重平均超过32 t，其中平均车重超过55 t的大型货车占33%。长深高速滨州段在经历8年多的运营后，在重载交通作用下，加上频频出现的极端高温气候，全线路面出现不同程度的病害，以车辙病害最为严重，已经影响到公路的行车速度和行车安全。因此，山东省公路管理局计划2014年6月对该路段进行车辙维修以恢复路面的正常行驶功能、满足不断增长的交通量需求和延长路面结构的使用寿命。经过专家论证，在G 25长深高速滨州段的2014年车辙维修工程中采用了天然岩沥青－SBS复合改性沥青，并针对该沥青进行了目标、生产配比设计，开发了复合改性沥青现场加工设备。

表5 目标配比性能试验结果

3.1 工程概况

G 25长深高速滨州段是山东省“五纵、四横、一

原路面结构沥青层为4 c m的SMA－13上面层、5 c m的A C－16中面层、6 c m的A C－20面层，在重载交通和夏季高温的综合作用下，行车道路面车辙最大深度达到30 m m，如图2所示。2014年中修工程车辙维修处理方案为：铣刨行车道原路面结构SMA－13上面层及局部车辙深度较大路段的A C－16中面层后摊铺4 c m的A C－16中面层（铣刨了原路面结构中上面层的局部路段A C－16摊铺厚度为9 c m）然后全断面加铺SMA－13上面层。

图2 行车道车辙深度图

图3 原路面行车道铣刨后图

原路面行车道铣刨后如图3所示。其中，东幅桩号K 1292＋920～K 1292＋120共计800 m长试验路段中上面层采用了天然岩沥青复合改性沥青，沥青生产方式为拌和站现场加工，拌和站及天然岩沥青复合改性沥青生产设备如图4所示。

图4 拌和站及天然岩沥青复合改性沥青现场生产设备图

3.2 现场取芯性能检测

为了检验成品沥青路面的高温抗车辙性能及水稳定性能，目前最直接、最成熟可靠的快速检测方法为路面现场取芯进行浸水汉堡轮辙试验［12－13］。汉堡轮辙试验（Hamburg Wheel-tracking Test）用于测定沥青混合料的水稳定性及抗车辙性能性［14］。试验的基本过程：使一定规格和重量的钢制轮子在浸泡于温度为40到55℃水中的沥青混合料试件表面上来回碾过20000遍，通过测量沥青混合料的轮辙深度和变形曲线的特征判断沥青混合料的水稳定性和抗车辙性能。德克萨斯州交通部公路施工及维护规范根据沥青胶结料的P G等级提出相应的指标要求［15］，见表6。

表6 德克萨斯州汉堡轮辙试验要求

G 25长深高速2014年中修工程车辙修复处理东幅桩号K 1292＋920～K 1292＋120上面层SMA－13和中面层A C－16采用了天然岩沥青复合改性沥青。成品路面高温稳定性及水稳定性检测采用现场取芯（芯样直径150 m m）切割、加工成汉堡试样进行浸水汉堡轮辙试验。取芯账号为K 1292＋520和K 1292＋860，取芯平面位置选择在行车道中心线上，该位置处在施工热接缝部位，为压实最不利部位，同时也可远离轮迹带，减小对路面结构的破坏。

试件的汉堡轮辙试验结果见表7所示。轮辙试验变形曲线如图5所示。

表7 汉堡轮辙试验结果

图5 现场芯样汉堡轮辙试验曲线图

该工程中面层A C－16和上面层SMA－13采用的天然岩沥青复合改性沥青P G分级为P G 82－22。对照德克萨斯州交通部（TxDOT）公路施工及维护规范中提出的根据沥青胶结料的P G等级提出的指标要求，采用P G 76以上的最高要求进行评价，此次汉堡试验最大变形量为5.88 m m，小于6 m m，远远小于德克萨斯州汉堡试验最大变形量为12.7 m m的标准。由此可见，该天然岩沥青复合改性沥青混合料抗车辙性能优良，在G 25长深高速滨州段应用效果较好。

4 结论

提高沥青胶结料的高温粘度是增强路面沥青混合料抗车辙性能的重要措施，而在实际工程应用中沥青胶结料的选择应综合考虑其高低温性能。文章对所研发的天然岩沥青－SBS复合改性沥青进行了高低温性能评价，针对该复合改性沥青进行A C－16和SMA－13配合比设计，并应用到高速公路车辙维修工程，结果表明：沥青P G分级达到P G 82－22，较70号沥青高温性能提高3个等级，较SBS改性沥青高温性能提高1个等级而低温性能不变；混合料TSR大于80%，低温破坏应变小于3000μ ε，现场芯样浸水汉堡轮辙试验深度小于6 m m，该复合改性沥青混合料在满足低温性能的同时大大提高了抗高温车辙性能；该复合改性沥青对于解决重交通国省道和渠化交通严重的市政道路车辙问题具有较高的应用价值。

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（学科责编：李雪蕾）

Performance evaluation and app lication in highway maintenance project of Gilsonite-SBS com pound modified asphalt

Yu Sixin1，Wei Jincheng1，Cai Changsong2，et al.
（1.Key Laboratory for Expressway Maintenance Technology of Ministry of Transport，Jinan 250031，China；2.Highway Management Bureau of Binzhou，Binzhou 250031，China）

It's an importantmethod of improving rutting resistance performance of asphalt concrete to enhance viscosity of asphalt at high temperature.However，the performance of asphalt at both high and low temperature must be considered in the field.The performance of the compound modified asphalt is evaluated by laboratory testing based on PGmethod of SHRP.The result shows that the PG grade of the compound modified asphalt is PG82－22.The production equipment used in the field is also developed，which applied Gilsonite-SBS asphalt in ruttingmaintenance project of G25 highway. Themixture gradation is specifically designed for the asphalt concrete of AC16 and SMA13 using Gilsonite-SBS asphalt.The hamburger wheel tracking test result of the cores cored form the field implies that the rutting depth is less than 6mm after 20000 passes of wheel load at 50℃.All of the performance test results revealed that the rutting resistance is highly enhanced without reduction of performance at low temperature，which would be a reference in highway ruttingmaintenance project.

road engineering；asphalt pavement；maintenance project；Gilsonite-SBS compound modified asphalt；rutting

U416.217

A

2015－05－09

余四新（1982－），男，工程师，硕士，主要从事道路结构与材料方面的研究.E-mail：chd008＠126.com

1673－7644（2015）05－0435－06