改性沥青材料在高速公路施工中的运用

夏勇军

(广西河百高速公路有限公司，广西 巴马 547500)

0 引言

有研究表明，沥青材料软化点、延度和针入度等性能指标会受SBS含量影响[1]。据此，本文拟通过试验研究法[2]，结合沥青三大指标实验结果，观察、分析SBS改性剂含量的增加，对沥青针入度、延度和软化点三大指标的影响，以此制定科学的SBS改性沥青设计、制备与施工方案，以期提高高速公路施工可行性与可靠性。

1 工程概述

本工程为某高速公路路面工程(部分区段)，全长70 km。工程所在区域自然环境恶劣，昼夜温差较大，全年最高、最低温差相差58 ℃。本高速公路预计日交通量为15 000辆。因此，容易在路面出现高温车辙和低温裂缝等施工病害。对此，为了提高施工质量，本工程施工前，在现场进行了沥青三大指标试验，经论证评估，最终决定采用SBS改性沥青材料进行路面施工。详细工程施工技术指标如下：

(1)本高速公路主线车道为双向六车道，设计时速为80 km/h。

(2)本公路路面基层和底基层分别为水稳碎石(1 872 500 m2)和石灰稳定土(193 550 m2)，层厚分别为20 cm和40 cm；公路面层为3层沥青混凝土结构，上面层为SBS改性沥青混凝土；三层厚度至下而上分别为4 cm、5 cm与6 cm。

(3)本公路沥青混凝土上、中、下面层三层工程量分别为1 824 200 m2、1 831 550 m2与1 845 200 m2。

2 改性沥青材料在高速公路施工中的运用分析

2.1 SBS改性沥青配置

基于改性沥青材料的性能优势，本高速公路工程现场施工时，通过经济性与合理性评估，选择AH90基质沥青进行作业，掺入5%的SBS改性剂，现场制备沥青施工材料。

(1)粗集料现场配置

现场制备选用的粗集料为有棱角且粗糙、质地坚硬的优质石料。通过严格控制粗集料中扁平颗粒的含量，按照材质与粒径规格分开堆放所有粗集料，以免材料被混。在存储粗集料时，要采取保护措施保证其干净。

(2)细集料现场配置

为了提高沥青混合料的高温稳定性，要采用机制砂。储存细集料时，为了防止混合料整体性能受到影响，要通过防雨措施降低细集料的湿度。

(3)填料现场配置

本工程选用的填料为石灰石矿粉，保证其细度和亲水系数分别<75%和<1；为了防止施工填料受到污染，应将其干燥、洁净地保存于填料储存室，严禁使用受潮结块的填料，油石比控制在5%左右为宜。

2.2 SBS改性沥青施工分析

(1)改性沥青材料运输

材料运输时，要采用15 t以上的大吨位自卸式卡车，车厢不得漏料或漏油。为了保证温度，运输时要加盖苫布或棉被，结合拌合站车速、运输距离和日拌能力确定拌合数量；出厂运送时，要采用热电偶温度计测试出厂温度；现场施工时还要复测，现场待卸料车应≥5辆。

(2)改性沥青材料摊铺

摊铺作业时，首先应彻底清扫作业面，然后洒粘层油(0.3 L/m2为宜)；摊铺作业要连续、稳定，使用两台摊铺机成梯队作业，保证高速公路路面平整。现场摊铺作业速度要结合拌合站产量和现场情况加以确定，一般为2～3 m/min；摊铺后要通过移动式自找平基准测量装置控制路面平整度。因普通沥青混凝土系数要小于SBS改性沥青材料压实系数，故需结合试验结果确定试验段松铺系数。同时，要在摊铺作业时，随时检查路拱横坡和路面厚度。摊铺时要将混合料温度控制在160 ℃～180 ℃之内；若温度≤140 ℃，则不得施工。改性沥青混合料的施工温度控制标准见表1：

表1 改性沥青混合料的施工温度控制标准表

(3)改性沥青材料碾压

压路机紧随摊铺机进行作业，压实速度控制在4～5 km/h之间即可。为了有效消除碾压接头轮迹及确保碾压速度均衡，可适当扭弯碾压终点与起点。碾压过程中，不得在新铺的混合料中掉头或转向。压实后，要对路面压实度进行钻孔检测。改性沥青材料碾压施工质量参数控制标准见表2：

表2 改性沥青材料碾压施工质量控制参数表

(4)改性沥青材料接缝处理

联合摊铺下产生的纵向裂缝，在前部机摊铺部分留适当的宽度，以作后部机的高程基准面，不碾压；预留宽度控制在10～20 cm之内即可。在此基础上，最后再进行热接缝跨缝碾压，以消除缝隙；同时，可采用锯缝机将横向接缝割齐、铲除、冲净；最后，涂抹适量粘层沥青，并采用钢轮压路机横向压实[3]。

3 改性沥青材料在高速公路施工中的运用效果分析

基于沥青改性机理，本工程施工后，在现场进行了沥青针入度、延度和软化点试验。在AH90基质沥青中分别加入不同剂量的SBS改性剂，然后按照现行沥青试验相关技术要求，对SBS改性沥青材料总体性能进行测试、对比，结果见表3：

表3 沥青三大指标试验结果表

从表3试验结果数据变化情况可以看出，随着SBS改性剂含量不断增加，AH90基质沥青的综合性能逐渐提高。与此同时，为了保证公路施工中的各项质量指标符合我国现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG-F40-2004)，提高沥青材料的路用性能，本工程还在施工现场进行了马氏试验[4]，结果如表4所示：

表4 沥青马氏试验结果表

通过表4试验结果可以看出，SBS改性沥青混合材料除了具有很好的低温抗裂性之外，还有良好的高温稳定性。随着改性沥青材料不断增多，AH90基质沥青的综合路用性能也在不断增强。

对比分析结果表明，SBS是一种由单体苯乙烯和二烯通过阴离子聚合形成的嵌段共聚物，其在低温条件下不仅不会变脆，且在高温环境下更不会软化。随着基质沥青中SBS物质的均匀分散，其会破坏原有沥青材料的胶体结构。在此过程中，沥青材料中的芳烃与胶质会被SBS吸附，最终会导致沥青溶胀，由此会在沥青中形成一个新的富有弹性的网络和胶体结构，进而改善公路沥青材料的总体施工性能。

4 结语

综上所述，改性沥青材料具有良好的路用性能，本研究在高速公路现场施工中，分别进行沥青三大指标(针入度、延度和软化点)试验。研究结果表明，随着SBS改性剂含量不断增加，AH90基质沥青的综合性能逐渐提高。同时，马氏试验结果进一步表明，随着改性沥青材料不断增多，AH90基质沥青的综合路用性能也在不断增强。据此，结合这一试验结果，本高速公路工程分别经过材料运输、材料摊铺、材料碾压和接缝处理，有效提高了工程施工质量，缩短了施工周期，延长了公路使用寿命。