USP温拌沥青在若民高速且末段的路用性能研究

2021-11-11郑康瑜朱玉玺王英凯帅志凯

内蒙古公路与运输 2021年5期

郑康瑜，朱玉玺，王英凯，帅志凯

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西晋中 030600）

1 引言

热拌沥青混合料（HMA）的生产、摊铺过程中会消耗大量燃料并释放大量的有毒气体（VOC）和温室气体（GHG），不仅极大地浪费了不可再生资源，还严重损害了作业人员的身体健康，促使全球温室效应加快[1-3]。热拌沥青混合料对环境温度有严格要求，若环境温度过低，HMA的温度就会迅速下降，导致摊铺时沥青混合料的温度过低，进而导致混合料的空隙率不符合设计要求，严重影响路面的使用性能[4]。

新疆在我国西部大开发战略中占有重要地位，与我国东部相比，虽然新疆疆域辽阔，但是公路交通占比较小，极大地限制了新疆货物运输能力、人员往来。为加强新疆人民交流和货物运输，大力发展公路建设是主流趋势。12 月初新疆且末地区温度已经较低，依据规范已不适合热拌沥青混合料施工。USP 是一种沥青温拌添加剂，它不仅可以降低施工温度，使沥青混合料在较低温度下可以施工，还可以减少有害气体排放[5-7]。为了满足施工条件，并遵循国家节能减排的倡议，将USP 添加剂加入沥青中制成USP 温拌沥青混合料，进行温拌沥青混合料施工。本文研究了USP沥青混合料在下面层的路用性能，供业界参考。

2 原材料

2.1 沥青

选择新疆克拉玛依90#A级沥青，性能满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[8]的要求。选择新疆克拉玛依沥青不仅因为其具有优良的性能，还因为施工项目位于新疆，采用该沥青会缩短运输距离，减少运费。

2.2 集料

集料产自当地的三十八团沉沙池西料场，其性能测试结果见表1、表2。

表1 粗集料检测结果

表2 细集料检测结果

2.3 USP添加剂

USP添加剂是一种新型材料，不仅可以降低沥青混合料的生产拌和温度，还可以提高其路用性能。将USP添加剂加入沥青中能使沥青分子断裂，从而降低沥青的粘度；当USP沥青混合料摊铺到路面中时，随着时间的推移，在大气、阳光、温度等环境作用下，沥青分子的断链又重新连接，增加了沥青分子量，并且USP中的活性组分能与集料中的硅酸盐等物质发生类似络合反应的化学改性过程，增强了沥青与集料之间的粘附性，USP温拌沥青混合料的强度会逐渐增加[5-7]。根据USP添加剂掺量的不同，可以将USP 添加剂分为温拌剂和改性剂。当USP剂量在6%～8%时为改性剂，可极大提高路面的抗水损害能力，高温性能和其他路面性能也得到了提高；当USP添加剂掺量为3%～5%时为温拌剂，其加入沥青混合料后混合料性能与其它温拌沥青混合料性能相比，高温性能和抗水损害能力有所提高。

2.4 USP温拌沥青

试验室中USP温拌沥青的制备是将4%USP温拌剂（表3）加入基质沥青中，均匀搅拌得到，其性能见表4。

表3 USP温拌剂检测指标

表4 USP温拌沥青检测结果

3 混合料设计及性能评价

3.1 混合料配合比设计

从三十八团沉沙池西料场取回集料，对其筛分、烘干进行目标配合比设计，最终确定若民高速且末段USP温拌沥青试验段下面层AC-25C 施工集料比为（22～28）mm：（11～22）mm：（6～11）mm：（3～6）mm：（0～3）mm：矿粉=19：22：23：11：22：3，油石比为3.9%，USP 温拌剂掺量为4%。表5为目标级配设计，表6为USP温拌沥青混合料马歇尔指标参数。

表5 目标级配设计

表6 USP温拌沥青混合料马歇尔指标

3.2 生产配合比验证

目标配合比中的集料需在试验室中进行筛分和烘干，然后进行配合比设计，使用这种方法设计出来的配合比生产出的混合料性能与实际拌合楼中生产出的混合料性能并不完全一致。因为在拌合楼中从冷料输送、筛分，到得到热料，热料输送过程中变量无法精准控制，导致进入拌锅中的热料与试验室中烘箱中的集料级配不同[9]。为了保证生产配合比生产的沥青混合料性能与试验室中得到的沥青混合料性能大致相同，满足工程实际的需要，取拌合楼中生产的USP温拌沥青混合料，在试验室进行高温性能和水稳性能试验，对生产配合比进行验证，保证其路用性能。

3.2.1 高温性能

依据规范[8]，对USP 温拌料进行车辙试验，试验结果见表7。