高黏复合改性橡胶沥青在透水沥青路面中的应用

李 锋，张绍泉，马庆伟，杨晨光，郭 平

(1.陕西省交通建设集团公司，陕西 西安 710075； 2.山东科达基建有限公司，山东 东营 257000；3.西安公路研究院，陕西 西安 710065)

0 引 言

高黏复合改性橡胶沥青采用SBS和胶粉作为改性剂[1]，结合了胶粉和SBS两种改性剂的优点，减少了SBS的掺量与沥青的含量，从而降低了改性沥青的生产成本；同时，改性后的沥青黏度比橡胶沥青低，有利于分散和施工[2-4]；利用SBS在沥青中形成的网络结构对橡胶颗粒的下沉形成一定的阻力，可改善改性后沥青的储存稳定性，有利于工厂化生产[5-6]。目前，复合改性橡胶沥青兼具SBS改性沥青的性能优势和橡胶沥青低成本、环保的优势，具有较大推广应用价值。

本文依托实体工程，将高黏复合改性橡胶沥青应用在PAC-13、PAC-20型透水性沥青混合料中，并确定其最佳沥青用量，研究PAC-13及PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料的各项路用性能和渗水系数，与高黏改性沥青混合料进行对比，并对试验路段的厚度和压实度进行检测。最后分别对高黏复合改性橡胶沥青混合料试验路段刚通车和通车半年后的平整度、渗水系数、路面摩擦系数、抗滑值进行后期现场观测，为高黏复合改性橡胶沥青在透水性沥青路面中的进一步推广应用提供参考。

1 工程概况

本文依托工程为陕西省西咸新区沣西新城数据六路，该道路属于中等交通道路。路段地形平坦，路基土质为砂性土，具有良好的渗透效果，具备铺筑全透水路面的天然优势。项目由沣西新城管理委员会与长安大学成立联合研究项目组，对全透水路面结构层组合、材料组成设计、施工工艺与监测方案等进行了深入研究，最终确定在数据六路铺筑500 m透水路面试验段。路面结构层为：4 cm PAC-13型透水沥青混合料上面层、6 cm PAC-13型透水沥青混合料下面层、36 cm多孔沥青稳定碎石基层或多孔水泥稳定碎石基层、30 cm级配碎石底基层、土工布隔离层。具体如图1所示。

图1 透水路面试验段概况

在本试验段的上面层PAC-13型透水混合料、下面层PAC-20透水沥青混合料中均采用了高黏复合改性橡胶沥青，应用长度为500 m。

2 原材料

2.1 集料

粗、细集料采用石灰岩，其技术指标符合规范要求。矿粉由石灰岩磨制而成。其技术指标见表1。

表1 矿粉的技术指标及要求

2.2 沥青

采用高黏复合改性橡胶沥青和高黏沥青，其技术指标结果见表2。

表2 不同沥青技术指标及要求

高黏复合改性橡胶沥青制备工艺如下：将石油树脂、420型脱硫剂与硫化胶粉均匀混合，于120 ℃下反应72 h，随后在280 ℃的螺杆挤出机中进行脱硫；然后将基质沥青加热到180 ℃，加入脱硫胶粉，在4 000 r·min-1的转速下剪切分散15 min，再加入SBS剪切30 min，最后掺入一定比例的硫磺粉剪切搅拌15 min。

本文采用的高黏复合改性橡胶沥青中SBS掺量为4%，胶粉掺量为20%。

3 目标配合比设计

3.1 目标级配

PAC-13、PAC-20型沥青混合料的合成级配[7]见表3、4。

表3 PAC-13型矿料合成级配(目标)

表4 PAC-20型矿料合成级配(目标)

3.2 最佳沥青用量

通过室内试验确定出采用高黏复合改性橡胶沥青的PAC-13型沥青混合料的最佳油石比为4.8%，PAC-20型沥青混合料的最佳油石比为4.3%(PAC-13、PAC-20高黏改性沥青混合料目标配合比下的最佳油石比同样为4.8%、4.3%)。表5、6为PAC-13、PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料在最佳沥青用量下的马歇尔试件的各项技术指标。

表5 PAC-13最佳沥青用量时Marshall试件试验结果(目标配合比)

表6 PAC-20最佳沥青用量时Marshall试件试验结果(目标配合比)

3.3 路用性能对比与验证

PAC-13型、PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料与高黏改性沥青混合料路用性能[8]对比如表7、8。

由表7、8可知，相较于高黏改性沥青混合料，高黏复合改性橡胶沥青PAC-13(PAC-20)型混合料(目标配合比)的残留稳定度、冻融劈裂比分别提高了1.9%(1.8%)、2.0%(2.5%)，动稳定度、最大破坏应变分别增大了6.6%(15.1%)、6.1%(3.3%)，渗水系数提高了4.5%(7.5%)。可见，高黏复合改性橡胶沥青PAC-13(PAC-20)型混合料的高低温性能、水稳定性及渗水系数均稍优于高黏改性沥青混合料。

表7 PAC-13型沥青混合料路用性能(目标配合比)

表8 PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料路用性能(目标配合比)

4 生产配合比设计

4.1 生产级配

PAC-13、PAC-20型沥青混合料的生产合成级配见表9、10。

4.2 最佳沥青用量

通过室内配合比试验确定了PAC-13、PAC-20两种级配最佳油石比，其最佳油石比下马歇尔体积指标见表11、12(PAC-13、PAC-20高黏改性沥青混合料生产配合比下的最佳油石比同样为4.8%、4.3%)。

表9 PAC-13矿料合成级配(生产级配)

表10 PAC-20矿料合成级配(生产级配)

表11 PAC-13最佳沥青用量时Marshall试件试验结果

油石比/%空隙率/%飞散损失/%析漏值/%4.820.610.250.19

表12 PAC-20最佳沥青用量时Marshall试件试验结果

油石比/%空隙率/%飞散损失/%析漏值/%4.320.85.030.19

4.3 路用性能对比与验证

PAC-13型、PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料与高黏改性沥青混合料的路用性能对比见表13、14。

表13 PAC-13型沥青混合料路用性能(生产配合比)

由表13、14可知，相较于高黏改性沥青混合料，高黏复合改性橡胶沥青PAC-13(PAC-20)型混合料(目标配合比)的残留稳定度、冻融劈裂比分别提高了1.9%(1.8%)、2.0%(2.5%)，动稳定度、最大破坏应变分别增大了6.6%(15.1%)、6.1%(3.3%)，渗水系数提高了4.5%(7.5%)。可见，高黏复合改性橡胶沥青PAC-13(PAC-20)型混合料的高低温性能、水稳定性及渗水系数均优于高黏改性沥青混合料。

表14 PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料路用性能(生产配合比)

5 试验段现场检测

5.1 试验段厚度及压实度

PAC-13型和PAC-20型高黏复合改性橡胶沥青混合料试验段各自施工结束后次日，待路面温度降低后，采用取芯法检测路面厚度，芯样自然风干后检测密度，计算压实度及现场残留空隙率，结果见表15、16。

表15 PAC-13型试验段厚度及压实度检测结果

表16 PAC-20型试验段厚度及压实度检测汇总

通过现场钻芯检测厚度及压实度，结果均符合《透水路面技术规程》(CJJ/T 190—2012)要求。

5.2 渗水系数

在PAC-13型和PAC-20型试验段路面施工后次日，采用路面渗水仪进行检测，每横断面测5处，以渗水系数大于800 mL·15 s-1为合格[9]。检测结果见表17、18。

表17 PAC-13型试验段路面渗水系数检测结果

表18 PAC-20型试验段路面渗水系数检测结果

试验段渗水系数均符合规范要求。

6 路面性能后期观测

在沣西新城数据六路刚通车和通车半年后对透水路面平整度、渗水系数、路面摩擦系数、抗滑值进行了后期现场观测。

6.1 平整度

采用连续式平整度仪(八轮仪)分别对每个车道进行检测，结果符合项目不大于1.0 mm的要求，检测结果见表19。

表19 PAC型透水路面试验段通车后平整度检测结果

6.2 渗水系数

在透水路面刚通车和通车半年后，采用路面渗水仪进行检测，每横断面测5处，以渗水系数均大于800 mL·15 s-1为合格。检测结果见表20。

表20 PAC型透水路面试验段通车后渗水系数检测结果

6.3 抗滑性能

(1)构造深度。采用手工铺砂法进行路面构造深度试验，检测结果表21。

(2)摩擦系数。采用摆式摩擦仪进行路面摩擦试验，检测结果表22。

通过数据六路刚通车及通车半年后的现场检测数据及表面效果(图2、3)来看，该排水性路面铺筑后，路面表面外观良好，无明显车辙，路面平整度、抗滑性及渗水性均满足要求，表明高黏复合改性橡胶沥青应用于透水性沥青路面中具有较好的使用性能，应用前景广阔。

表21 PAC型透水路面构造深度检测结果

表22 PAC型透水路面摆值检测结果

图2 透水路面刚通车路面性能观测

图3 透水路面通车半年后路面性能观测

7 结 语

本文依托沣西新城数据六路透水路面工程，将高黏复合改性橡胶沥青应用在PAC型沥青混合料中，铺筑试验段，观测实际路面性能，得到以下结论。

(1)在沣西新城数据六路透水路面(PAC-13+PAC-20)中应用了高黏复合改性橡胶沥青，通过室内试验，确定了PAC-13、PAC-20高黏复合改性橡胶沥青混合料的最佳油石比，其与同级配类型的高黏沥青混合料油石比基本相同，且PAC-13、PAC-20高黏复合改性橡胶沥青混合料各项路用性能均优于高黏沥青混合料。

(2)在透水路面试验段施工结束后，现场钻芯检测厚度及压实度，结果均符合《透水路面技术规程》(CJJ/T 190—2012)要求。

(3)对排水性沥青路面试验段在刚通车和通车半年后进行了现场平整度试验、渗水试验及抗滑试验，结果表明：透水路面试验段在通车运营半年内渗水系数、平整度及抗滑值均满足要求，路面状况良好。