NRP改性沥青混合料路用性能评价及其实体工程应用

朱宏亮

（南京市公路事业发展中心，江苏南京210000）

0 引言

与水泥路面相比，沥青路面有着良好的舒适性、抗滑性，且施工完毕后可快速开放运营，已经成为国省干道路面的主要组成形式。但沥青材料具有一定的感温性和黏弹特性，在一定的温度和行车荷载作用下，容易发生横向流动变形而产生车辙。随着SBS 改性沥青在国内的应用逐渐深入，普通路面的车辙病害已经基本得到解决，但在国省干线交叉口等苛刻工况下，沥青路面要承受重型车辆频繁的刹车、起步和蠕行荷载，车辙病害频发，已经成为最严重的病害类型。随着对沥青研究的深入和材料技术的进步，越来越多新材料被应用在沥青路面领域，为苛刻工况下的沥青路面车辙病害治理提供了新的思路，以SBS 和环氧材料复合制备得到的NRP（No-rutting-pavement）改性剂便是其中之一，以NRP 改性剂拌和得到的沥青混合料具有良好的黏滞性能和较高的抗剪切变形能力，可以显著改善抗永久变形能力，已经在国内多个车辙易发路段的沥青路面中得到应用。为了对NRP 改性沥青混合料的路用性能进行验证，本文在室内对其高温稳定性、低温抗裂性、抗水损能力进行了详细考察，并开展了实体工程的应用研究。

1 室内研究

1.1 原材料

基质沥青采用70#，主要技术指标见表1。

NRP 改性剂由国路高科（北京）工程技术研究院提供，主要技术指标见表2。

表2 NRP 改性剂技术指标

粗、细集料采用石灰岩，主要技术指标见表3、表4。

表3 粗集料技术指标

表4 细集料技术指标

矿粉技术指标见表5。

表5 矿粉技术要求及实测结果

沥青混合料采用AC-13 级配，合成级配通过率曲线，如图1所示。

1.2 试验方法

通常采用60℃条件下进行车辙试验，通过试验得到的动稳定度指标评价沥青混合料的高温稳定性，但实践证明，当材料具有特别优异的高温稳定性时，将会产生较大的系统误差，在此情况下对于不同材料方案之间的区分度较差，因此《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）规定，当车辙动稳定度超过6000 次/mm 时，即为6000 次/mm。同时，60℃的试验温度也不符合我国中南地区夏季炎热的气候情况，相关研究显示，测试温度对车辙试验结果影响较为显著，随着测试温度的增加，动稳定度呈现减小的趋势[1]，因此，在进行苛刻工况沥青混合料评价时，应选择更高的试验温度，一方面提高检测精度，另一方面提高不同材料方案之间的区分度。

相关研究发现，动稳定度随温度的变化趋势符合Boltzmann S 曲线，存在一个动稳定度突然降低的突变点，经研究发现，AC20 和AC13 突变的拐点分别为71.95℃和69.60℃，当测试温度达到或者超过此温度时，车辙得到动稳定度的误差更小，区分度也更强。为了更加贴近工程实际，本文将车辙试验温度提高至70℃[2]。

NRP 改性沥青混合料制备方法如下：

用烘箱将基质沥青及集料加热至规定的控制温度；

将既定掺量的NRP 改性剂和热集料干拌60s；

加入预定用量的基质沥青拌和90s；

加入矿粉，再次拌和90s；

混合料拌制完毕后放入烘箱中短期老化2h；

短期老化后，将NRP 改性沥青混合料从烘箱中取出，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的有关规定成型试件。

1.3 结果与讨论

本文分别拌制不同NRP 改性剂掺量的沥青混合料，采用70℃车辙试验对其高温抗永久变形能力进行评价，并与基质沥青、SBS 改性沥青进行对比，优选得到最佳NRP 掺量，参照现行技术规范要求，进行路用性能验证，结果与讨论如下。

1.3.1 NRP 掺量对高温动稳定度的影响

结合前期经验，考虑经济性，分别考察0.8%、1%、1.2%掺量NRP 对沥青混合料高温动稳定度的影响，检测指标见表6。

由表6 可以看出，不同材料方案之间的动稳定度差别较为明显，说明达到了增加区分度的目的，测试温度选择70℃具有良好的可行性。

表6 高温动稳定度检测指标

与SBS 改性沥青和基质沥青相比，NRP 改性沥青混合料的高温动稳定度得到显著改善，以1% 掺量NRP 为例，动稳定度较SBS 改性沥青提高了5.6 倍，较基质沥青提高了32.2 倍，这是因为NRP 中含有的环氧组分在高温状态下发生了化学交联反应，形成了坚固的三维网状结构，限制了沥青混合料的横向流动，高温抗永久变形能力得到明显提高，对于抵抗车辙病害具有积极意义。

可以发现，随着NRP 掺量的增加，动稳定度呈现逐渐增加的趋势，具有更加强大的抗车辙能力，但增加NRP 掺量将会带来成本的增加，结合经济性，在国省干道平交口中，初选NRP 掺量为1.0%。

1.3.2 NRP 改性沥青混合料性能评价

以1.0%掺量的NRP 改性剂，AC-13 级配，拌制沥青混合料，进行马歇尔、水稳定性、低温弯曲、飞散试验，结果见表7。

表7 马歇尔试验结果

由表7 得出，以1.0%掺量制备的沥青混合料各项性能指标均符合相关技术要求，说明，NRP 改性沥青混合料在拥有良好的抗高温永久变形能力的同时，还有着良好的强度、水稳定性、低温抗裂性和抗飞散掉粒能力，具备在实体工程应用的条件。

2 实体工程应用

为了进一步验证NRP 改性沥青混合料的性能，在S356 南京段所属的部分重交通交叉口进行了工程应用，施工路段为K338+700～K341+000 的部分车辙严重路段，路面结构采用6cmSUP-20+4cmSUP-13，NRP 添加量为混合料质量的1%。

2.1 沥青混合料拌和

NRP 改性剂的及时投放是能否成功实施的重要环节，在本实体工程汇中，为了提高生产效率，采用了预先分包、人工投料的方式，在加入后的10s 内完成投料。

NRP 改性沥青混合料拌和温度应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中改性沥青混合料生产温度的有关规定，具体要求见表8。

表8 NRP 改性沥青混合料拌和温度

NRP 改性沥青混合料拌和完成后，外观均匀一致，无花白料、无粗细料离析、无结团成块等现象。

2.2 沥青混合料运输

由于NRP 改性沥青混合料具有较大的黏度，为了获得良好的和易性，便于摊铺压实，在混合料的运输过程中，应注意采取保温措施。在本实体工程中，首先在装料时，将料车最大限度地满载，防止因内部空间过大造成的温度降低；其次，料车外部采用棉被充分裹覆，防止热量散失。

2.3 沥青混合料摊铺和压实

沥青混合料的摊铺和压实按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）执行，现场配备摊铺机1 台、30t 胶轮压路机1 台、13t 钢轮压路机2 台，具体工艺参数见表9、表10。

表9 碾压工艺

表10 施工温度要求

2.4 开放交通

碾压完成后，使其自然冷却，待混合料表面温度低于50℃后，即可开放交通。

2.5 效果观测

为了对NRP 改性沥青混合料的抗车辙能力进行评价，在施工通车后，对施工路段进行效果观测。结果显示，NRP 无车辙沥青路面路况良好，未发生车辙等流变变形类病害。

3 结语

根据室内研究及实体工程应用，主要结论如下：

NRP 改性沥青混合料高温动稳定度较SBS 改性沥青提高5.6 倍，具有良好的高温抗永久变形能力，应用在交叉口等特种交通路段可以较好地抵抗流动变形类病害。

除高温性能优异外，NRP 改性沥青混合料低温、水稳定性、抗飞散等性能也符合相关技术要求。

实体工程应用结果显示，NRP 改性技术施工简单易行，服役1年后观测发现，能够较好地抵御车辙病害。