不同沥青改性剂在农村公路养护工程中的应用研究

2021-12-24韦美质

西部交通科技 2021年10期

摘要：文章以某農村公路养护工程为例，针对4种不同改性剂（Budunsel、SBS、PRCR、PRS）沥青混合料进行了高温抗车辙性、低温抗裂性、水稳定性及经济性对比分析。结果表明：（1）PRS改性剂对沥青混合料的高温抗车辙性和低温抗裂性改善效果最为显著;（2）Budunsel改性剂对沥青混合料的水稳定性改善效果明显，而PRS和PRCR也能有效增强沥青混合料的水稳定性;（3）PRS沥青混合料有高强、高黏以及高韧的优点，且PRS改性沥青混合料的综合成本最低，故在农村公路养护工程中具有良好的应用前景。

关键词：沥青改性剂;公路养护;Budunsel;SBS;PRCR;PRS

文献标识码：U418.4-A-05-014-3

0 引言

随着我国交通建设行业的快速发展，全国农村公路“村村通”的目标已基本完成，使得农村经济得到有利的发展[1-2]。截至2019年年底，我国现有公路里程数已达到500多万 km，其中农村公路总里程数占比高达80%以上。大部分农村公路存在交通流量较大、服役时间过长和管理养护不完善等现状，常常发生交通堵塞、中断等问题，不仅给农村公路运营安全造成较大影响，还严重束缚了农村经济的发展，因此农村公路养护逐渐成为我国公路行业的重点关注课题[3-4]。

近年来，国内公路行业工作者在公路养护方面进行了大量的研究，如刘智勇[5]以某省道养护工程为实例，针对不同沥青路面预防性养护技术的应用效果进行了对比研究;吴海燕[6]以西北地区某沥青路面养护工程为背景，研究了同步碎石封层养护技术的施工工艺及要点;孙会平[7]以抚顺市某城市主干路养护工程为例，对比分析了PRCR和SBS改性沥青混合料在城市道路养护效果。本文以某农村公路养护工程为例，针对4种不同改性剂沥青混合料展开了高温抗车辙性、低温抗裂性、水稳定性及经济性分析，优选出适合农村公路的养护材料，以期为农村公路的养护工作提供参考与借鉴。

1 工程背景

依托某农村公路养护工程为背景，该公路总长为9.16 km，路面宽度为6 m，原路面面层采用10 cm的普通沥青混凝土，由于交通流量和重载货车较多，且服役时间较长，使得部分路段现状路面产生了大量的网裂、车辙等病害，给道路营运安全带来严重的影响。通过检测发现该农村公路仅面层损坏较为严重，而基层结构仍然完好，因此管养单位决定将原路面上面层4 cm沥青混凝土铣刨掉并重新罩面处理。本文结合该农村公路养护工程的试验路段研究，分别用Budunsel、SBS、PRS和PRCR 4种沥青改性剂材料铺设试验路段，研究不同沥青改性剂对路用性能的改善效果，试验路段桩号及改性材料如表1所示。

2 试验材料与试验设计

2.1 原材料

（1）沥青：选用普通70#基质沥青，各项技术指标如表2所示。

（2）集料：粗集料选用公称粒径为5～10 mm、10～15 mm的石灰岩碎石;细集料选用公称粒径为0～3 mm的石灰岩碎石，各项性能检测结果如表3所示。

（3）添加剂：选用印度尼西亚布敦岛生产的Budunsel沥青混合料添加剂;四川巴陵生产的SBS沥青改性剂;法国中央路桥实验室（LCPC）和法国PRINDUSTRIE有限公司共同研制的PRS抗车辙剂;法国某公司生产的PRCR全效高性能添加剂。

2.2 试验方案

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG F20-2011）和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的相关规定，结合以往研究经验[8]，确定了Budunsel添加剂的掺量为改性后沥青用量的3%，SBS改性剂为4%，RPRS、PRC添加剂的掺量则均为0.3%。矿料采用AC-13型级配结构设计如表4所示，分别将4种改性沥青混合料铺设于试验路段，通过采用车辙试验、小梁低温弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验来评价沥青混合料的路用性能。

3 试验结果及分析

3.1 高温稳定性

沥青混合料的高温性能一般采用车辙试验中的动稳定度指标来表征。通过对不同改性剂沥青混合料进行车辙试验，得到试验结果如图1所示。

由图1可知，4种改性沥青混合料的动稳定度均达到了规范技术要求（≥2 400次/mm），其动稳定度值大小依次为：PRS>Budunsel>PRCR>SBS;其中Budunsel、SBS和PRCR的动稳定度分别为3 521次/mm、3 255次/mm、3 307次/mm，表明上述三种改性剂动稳定度值相差较小，其对沥青混合料抗车辙性能改善效果较好;而PRS的动稳定度为4 912次/mm，较另外三种改性剂分别提高了39.5%、50.9%、48.5%，说明PRS改性剂在高温环境下可有效控制沥青混合料的变形，即能够显著改善沥青混合料的抗车辙性能，因此其高温稳定性出现明显增强。

3.2 低温抗裂性

通过将4种改性剂沥青混合料进行小梁低温弯曲试验，得到破坏应变结果如图2所示。

由图2可知，Budunsel、SBS、PRS和PRCR4种改性沥青混合料的破坏应变均达到了规范技术要求，破坏应变值大小依次为：PRS>Budunsel>PRCR>SBS。各改性剂的破坏应变值分别为3 610 με、2 896 με、4 636 με、3 367 με，其中仅SBS改性沥青混合料的破坏应变略高于规范值2 800 με，而其余改性剂均超过3 000 με，说明SBS改性剂对低温抗裂性能的改善效果相对较差;PRS改性剂的破坏应变值最大，分别为Budunsel、SBS、PRCR改性剂的1.28、1.6、1.38倍，说明PRS改性剂能够有效改善沥青混合料的低温抗裂能力。

3.3 水稳定性

以浸水马歇尔试验中的残留稳定度和冻融劈裂试验中的残留强度比两个指标来评价沥青混合料的水稳定性能。通过分别对不同改性剂沥青混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，得到试验结果如图3、图4所示。

由图3可知，不同改性沥青混合料的残留稳定度都达到规范技术要求（≥85 kN），说明其对水稳定性能均有所改善。通过对4种改性沥青混合料的残留稳定度进行比较，发现Budunsel对水稳定性能改善效果最好，达到了规范技术要求的1.09倍;PRS对水稳定性能改善效果次之，约为规范的1.06倍;SBS对水稳定性能改善效果较差，仅为规范的1.01倍。

由图4可知，Budunsel、SBS、PRS和PRCR4种改性沥青混合料的残留强度比同样均达到了规范技术要求，其残留强度比从大到小依次为PRCR>Budunsel>PRS>SBS，其中SBS的残留强度比为85.6%，说明SBS对水稳定性能改善效果较差，而Budunsel、PRS和PRCR的殘留强度比分别为91.2%、90.7%、93.5%，三者的残留强度比均超过了90%，说明其对沥青混合料的水稳定性能改善效果较好。综合浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可知，4种改性剂中Budunsel对沥青混合料水稳定性改善效果最佳，PRS和PRCR对水稳定性改善效果较好，而SBS则表现为略差。

3.4 经济性

根据上述高温稳定性、低温抗车辙性及水稳定性试验结果可知，4种沥青改性剂中PRS最具良好的路用性能优势，但在实际农村公路养护工程中还需考虑施工成本，通过进一步对4种改性沥青混合料的费用组成进行计算对比，得到其费用组成数据如后页表5所示。

由表5可知，在沥青混合料中不同改性剂的用量从大到小依次为：SBS>Budunsel>PRS=PRCR，其中Budunsel改性剂单位成本最低，价格为5 800元/t;SBS改性剂次之，价格为15 600元/t;PRS和PRCR两种改性剂的成本则最高，均为16 500元/t。通过对4种改性沥青混合料进行综合计算，得到Budunsel沥青混合料的综合成本为2 974元/t，SBS沥青混合料成本为3 424元/t，PRS和PRCR沥青混合料成本均为2 850元/t，其中Budunsel沥青混合料较PRS贵了124元/t，而SBS则较PRS贵了574元/t。通过综合4种沥青混合料的路用性能及经济性考虑，认为PRS改性剂具有较大的优势应用于农村公路工程的养护。

4 结语

本文以某农村公路养护工程为研究背景，分别对4种不同改性沥青混合料进行了路用性能与经济性计算分析，得出以下结论：

（1）各改性沥青混合料中PRS改性沥青混合料的高温抗车辙性最佳，SBS改性沥青混合料的高温抗车辙性则较弱。

（2）PRS较其余3种沥青改性剂，更能有效增强沥青混合料的低温抗裂性。

（3）不同改性剂中Budunsel对沥青混合料的水稳定性改善效果最好，PRS和PRCR也可有效改善沥青混合料的水稳定性。

（4）PRS和PRCR改性沥青混合料综合成本最低，通过综合路用性能考虑，认为PRS沥青混合料有高强、高黏以及高韧的优点，在农村公路养护工程中具有良好的应用前景。

参考文献

[1]李天勇.农村公路养护管理现状及改善策略[J].山东交通科技，2020（2）：139-140.

[2]韩晓亮.常温温拌沥青混合料SAC-10在甘肃农村公路养护中的应用[J].城市道桥与防洪，2019（8）：253-255，30-31.

[3]刘青.农村既有公路使用性能评价及养护措施研究[D].西安：西安建筑科技大学，2017.

[4]蔡洲鹏.农村公路桥梁病害分析及养护措施探讨[J].福建交通科技，2019（4）：101-104.

[5]刘智勇.省道S211北太线沥青路面预防性养护技术应用与研究[D].西安：长安大学，2017.