直投式高模量改性沥青混合料应用研究

2021-09-10李雪何沙

交通科技与管理 2021年14期

李雪何沙

摘要：为提升湿热地区重载交通高速公路长陡坡路段的抗车辙、抗水损害等性能，依托梅平高速开展直投式高模量改性沥青混合料路面试验段施工工艺研究，以及试验检测数据的验证和收集，并总结分析RK300高模量直投改性技术在沥青混凝土路面领域的应用情况。结果表明，RK300改性沥青混凝土有利于降低重载高温多雨条件下沥青路面车辙、坑槽等病害，有效延长沥青路面使用寿命，具有一定的推广应用价值。

关键词：高模量改性沥青;施工工艺;质量检测;应用推广

0 引言

随着我国经济快速发展，高速公路重载车辆数量不断增长，如何提升沥青混合料的路用性能，减少路面病害，已成为当前研究的课题之一。添加高模量外掺剂以提高沥青混合料的模量，可减小沥青路面应变，从而提高路面抗变形能力，减少车辙病害产生的概率。在此背景上，本文依托梅州至平远高速公路项目展开直投式高模量改性沥青混合料的应用研究，并总结了直投式高模量改性技术的特点和优势，以期为该技术推广应用提供经验指导。

1 试验路概况

梅平高速全长33.36 km，桥隧比28.26%，主线设计为沥青路面，属于Ⅳ6武夷南岭山地过湿区，过境大型货运车辆多，对路面的高温抗车辙性能、抗水损性能要求高。在桩号K13+500～K15+900，纵坡为3.5%的路段修筑中、上面层直投式高模量改性沥青混合料路面试验段进行应用研究，一般路基段路面和试验段路面结构对比如表1-1所示。

2 配合比设计

中面层直投式高模量GAC-20C型沥青混凝土混合料性能指标试验结果如表2-1所示。

上面层直投式高模量GAC-16C型沥青混凝土混合料性能指标试验结果如表2-2所示。

3 施工工艺

RK300改性剂掺量控制精度、分散均匀性、混合料温度控制、沥青混合料搅拌时间及生产工艺、混凝土碾压工艺等均应符合技术标准要求。

3.1 拌和工艺

3.1.1 高模量改性剂

梅平高速公路试验路使用的高模量改性剂RK300是一种橡塑复合材料，具有高流动性、高抗拉断能量、高模量等特点，抗车辙能力高，能有效改善路面低温抗裂性、抗水损坏性。

3.1.2 拌和工艺

直投式高模量混合料拌和楼拌和工艺如表3-1所示。

3.1.3 温度控制

直投式高模量混合料各阶段温度控制技术要求如表3-2所示。

3.2.1 混合料运输

直投式聚合物改性高模量沥青混合料宜采用大吨位自卸车运输，同时须用苫布或帆布覆盖保温、防雨、防污染。

3.2.2 混合料摊铺

摊铺前应对下承层上喷洒粘层油，施工时应注意控制粘层油洒布量（0.3 kg/m2～0.6 kg/m2为宜）。粘层油应洒布均匀，并避免受污染。沥青混合料的摊铺宜采用全断面一次摊铺，摊铺速度宜控制在1 m/min～3 m/min。

3.3 混合料碾压及成型

试验路上、中面层均使用了“3钢3胶”进行碾压作业，采用套压法。

4 质量检测结果

4.1 中面层

4.1.1 总体效果

试验路中面层整体均匀性较好（图4.1～4.2），粗骨料整体分布较均匀，骨料间沥青胶浆填充较饱满。但K13+720～K14+340段路面混合料整体偏细，路面表观质量显示公称最大粒径骨料偏少，混合料偏细（图4.3），且部分位置存在粉料偏多，沥青胶浆较饱满，路面有一定程度的泛油现象（图4.4）。配合比微调后，路面整体粗细骨料分布均匀程度更加明显，较大部分路面混合料形成了相對较好的骨架嵌挤结构，粗骨料间细集料填充程度较好，沥青胶浆填充、包裹程度相对较理想，从表观上判断有利于提高路面抗水损害能力及高温稳定性。

4.8 下料口离析（局部）

但中面层高模量沥青混凝土路面面质量也存在一些不足：（1）边部粗离析较明显（图4.5～4.6），粗集料相对集中，细集料填充程度略差，路面构造深度较大，对路面水稳定性不利。（2）摊铺机下料口细离析较明显，形成了一条较明显的沥青胶浆较集中带（图4.7～4.8），对路面高温稳定性不利。

4.1.2 芯样厚度和压实度

（1）左幅K13+720～K15+828段试验路压实度，以最大理论相对密度为标准密度计算，压实度平均值为95.0%，最小值为93.7%，大于93%（最低要求值），符合质量控制标准要求;以室内马歇尔试件密度为标准密度计算的压实度平均值为99.2%，最小值为97.9%，小于98%（设计值），有一点即ZK15+770距中6 m处压实度不符合标准要求。

（2）左幅K13+720～K15+828段试验路路面孔隙率整体集中在4.0%～6.0%的范围内，平均值5.0%，基本符合路面孔隙率要求，但部分位置如ZK15+770距中6 m处路面孔隙率偏大。

（3）从路面芯样竖向质量看，混合料粗、细集料相对较均匀，但嵌挤不明显，形成骨架密实结构较少，基本形成近骨架结构（图4.9）且部分芯样偏骨架孔隙结构（图4.10），尤其是K13+720～K14+340段芯样偏悬浮密实结构（图4.11），可能对路面抗水损坏及抗高温性能不利。

（4）从部分路面芯样横切面质量看，芯样与竖向质量反应的情况一致（图4.12～4.14）。综合判断，路面抗水损害能力将一定程度上被削弱。

4.1.3 平整度

检测结果显示平整度平均值为0.9 mm，满足设计文件的要求（σ≤1.2 mm）。

4.1.4 渗水系数

随机抽取4处进行测试，结果表明：1处渗水系数120 mL/min，符合设计要求，但渗水系数偏大，其余3处渗水系数小于120 mL/min，符合设计要求，渗水系数合格率100%。

4.1.5 弯沉

采用贝克曼梁进行弯沉检测，结果表明：弯沉平均值=5.5（0.01 mm），标准偏差S=2.0（0.01 mm），代表值lr=+ZaS=8.8（0.01 mm），其中Za取为1.645。弯沉代表值小于设计弯沉值20.5（0.01 mm），弯沉满足设计要求。

4.2 上面层

4.2.1 总体效果

试验路上面层整体均匀性较好（图4.15～4.16），较大部分形成了相对较好的骨架嵌挤结构，粗骨料整体分布较均匀，粗骨料间细集料填充程度较好，沥青胶浆填充、包裹程度较理想，从表观上判断有利于提高路面抗水损害能力及高温稳定性。但上面层路面也在存在一定数量的块状离析区域，如K14+260及K14+335距路中线4 m位置存在较严重的块状粗离析，K14+540～K14+560距路中线6 m处存在宽约1 m的间断性的粗离析块，且在无水压力的情况下渗水较严重（图4.17）。路面渗水系数检测的结果也印证了路面粗离析带（块）区域存在较明显的连通孔隙（图4.18），将对路面抗水损坏性能不利。

4.2.2 芯样厚度和压实度

（1）左幅K13+730～K15+900段試验路压实度，以最大理论相对密度为标准密度计算，平均值94.7%，最小值94.2%，大于93%（最低要求值）;以室内马歇尔试件密度为标准密度计算的压实度平均值99.3%，代表值98.8%，最小值98.7%，大于98%（设计值），均符合质量控制标准要求。

（2）左幅K13+730～K15+900段试验路孔隙率整体集中在4.3%～5.8%的范围内，平均值5.3%，基本符合要求，路面孔隙率较合适。

（3）从路面芯样竖向质量看，混合料粗、细集料相对较均匀，形成了较好的骨架密实结构（图4.19），从部分路面芯样横切面质量看，所抽取的芯样均较密实，粗细集料分布均匀性较好，形成了较明显的骨架密实结构（图4.20～4.21），但部分路段芯样骨架结构相对较弱，形成了近悬浮密实结构（图4.22）。综合判断，可以推测路面将具有较好的密水性及基本能达到设计目标的高温稳定性。

4.2.3 平整度

检测结果显示平整度平均值为0.68 mm，满足设计文件的要求（σ≤1.0 mm）。

4.2.4 渗水系数

随机抽取6处进行测试，结果表明：除1处基本不渗，2处渗水系数小于100 mL/min外，符合设计要求，其余3处渗水系数均大于120 mL/min，最大渗水系数达169.2 mL/min，不符合设计要求，路面渗水系数合格率50%。

4.2.5 弯沉

采用贝克曼梁进行弯沉检测，结果表明：弯沉平均值=6.36（0.01 mm），标准偏差S=2.5（0.01 mm），代表值lr=+ZaS=10.7（0.01 mm），其中Za取为1.645。弯沉代表值小于设计弯沉值19.2（0.01 mm），路面弯沉满足设计要求。

5 总结

结合施工技术规范，对直投式高模量改性沥青混合料路面试验段的材料选择、配合比设计、施工工艺和施工质量控制标准进行了总结如下：

（1）高模量改性剂的掺量控制精度、高模量改性剂的分散均匀性、混合料温度控制、混合料搅拌时间及混合料生产工艺、混凝土碾压工艺是施工关键控制技术。

（2）生产工艺简单，可直接使用现有的沥青混合料拌和楼，仅需采用人工或机械投放方式直接加入外加剂搅拌即可。

（3）直投式高模量沥青混凝土试验路路面整体均匀性较好，形成了较好的骨架嵌挤结构，细集料填充程度较好，沥青胶浆填充、包裹程度较理想，具有显著的抗高温性能和水稳定性，可有效提升路面的强度、抗变形能力、抗剪切能力。

参考文献：