高胶改性ECA-10沥青混合料的试验研究及应用

毛新征， 周德宝， 陈国强， 曹元浩

(1.南京南部路桥建设(集团)有限公司，江苏 南京 211300；2.江苏道智公路科学研究院有限公司，江苏 南京 210000)

目前我国对道路的养护实施理念多以矫正性养护、按需养护为主，但常规大中修处理方案存在资金投入大、施工周期长、交通管制久等问题。一条道路在其前75%的使用寿命内性能仅下降40%的阶段，其称为预防性养护阶段。研究发现，若整个路面寿命周期内进行3～4次的预防性养护可延长公路使用寿命10～15 a，节约养护费用45%～50%[1-5]。

国内外常用的预防性养护技术有雾封层、微表处、同步碎石封层和超薄罩面等技术，但上述封层和表处类技术寿命短、对病害处治能力弱，采用超薄磨耗层在这两方面得到改善[6-8]。目前常用超薄磨耗层各有不足：SBS改性AC-10超薄罩面价格低、工艺简单，但耐久性和抗滑能力不足；Novachip虽然路用性能优异，但却需专业施工设备，造价高昂且对施工技术要求高[9-11]。

针对上述不足，课题组基于PG等级到达82～22的高胶沥青，并采用抗车辙性能优异的骨架密实型ECA-10级配[12-13]，形成独有的高胶超薄磨耗层技术，旨在提供一种高性能、低施工难度的彻底解决疲劳、温度裂缝和轻微车辙病害的技术方案。本文将通过高胶改性ECA-10沥青混合料的配合比设计、室内性能试验、工程应用及现场检测，探究本技术在预防性养护阶段的工程适用性。

1 原材料性能及配合比设计

1.1 原材料性能

(1)沥青：研究中所设计的SMA-10、AC-10级配的胶结料，均选用中国江苏保利沥青股份有限公司生产的SBS沥青。

(2)高胶改性剂：性能检测结果如表1所示。

表1 高胶改性剂检测结果

(3)集料：粗集料选用玄武岩石料，细集料选用石灰岩石料，均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)技术要求。

(4)填料：为石灰岩加工磨细得到的矿粉，符合规范(JTG F40-2004)的技术要求。

1.2 高胶改性沥青性能

室内高胶改性沥青制备采用湿法工艺，即将SBS改性沥青质量10%的高胶改性剂加入到已加热至流动状态SBS改性沥青中，并用高速剪切机保持转速为5 000 r/min，剪切时间为90 min，便可使用。高胶改性沥青和SBS改性沥青的性能指标如表2所示。

根据表2可知，与高温稳定性相关的软化点、135 ℃布氏旋转黏度和PG高温等级等指标的检测结果，均表明高胶改性沥青优于SBS改性沥青，尤其是60 ℃动力黏度，高胶改性沥青大大超过SBS改性沥青，反映高胶改性沥青优秀的高温抵抗永久变形能力。因此，高胶改性沥青在高温抗车辙性能方面优势显著，为适用超薄磨耗层的胶结材料。

表2 沥青胶结料性能指标

1.3 配合比设计

ECA-10是通过在常规的4.75-9.50 mm筛之间增加6.70 mm的筛孔规格，且对5-10 mm粒径石料要求6.70 mm筛孔通过率小于20%，以确保形成骨架密实结构的间断级配形式，提高混合料的抗车辙性能。

ECA-10高胶改性的胶结料采用SBS改性沥青+10%高胶改性剂，AC-10、SMA-10胶结料均采用SBS改性沥青，并设置SBS改性EAC-10作为对比组，参考《超薄易密实沥青混凝土(ECA)技术应用规范》(DB33/T 2118-2018)，进行配合比设计如表3所示。

表3 沥青混合料级配设计(质量百分比) %

对比ECA-10与SMA-10级配设计，可知ECA-10级配通过增添6.70 mm筛孔，较大程度控制了6.70 mm以上粗集料的含量，且4.75 mm以上石料含量也高于SMA-10级配，形成了6.70 mm筛孔以上粗集料占比约60%的高掺量骨架密实结构，与SMA-10同属于间断级配形式，但其间断级配的趋势更加显著，是ECA-10级配媲美甚至超过SMA-10级配高温稳定性的保证。

2 室内试验及结果分析

不同沥青混合料的性能试验结果如表4所示。

表4 沥青混合料室内试验结果

(1)高温稳定性。由不同沥青混合料动稳定度大小依次为：高胶改性ECA-10>SBS改性ECA-10>SBS改性SMA-10>SBS改性AC-10，说明ECA结构中更高的粗集料尤其是6.70 mm筛以上的粗集料掺量使其嵌锁效果好于SMA-10结构，证明了ECA-10级配抗车辙性能更优异。

对于ECA-10级配而言，高胶改性的动稳定度高出SBS改性的3 252次/mm，进一步说明高胶沥青高温性能优于SBS改性沥青。

(2)水稳定性。由浸水马歇尔试验可知，4种改性沥青混合料的残留稳定度均高于规范要求的85.0%，均展现了较好的水稳定性能，后期将会大大降低由于水的作用而导致沥青的黏附性降低、沥青路面产生坑槽等病害的发生概率，有助于延长道路的使用寿命。

(3)低温抗裂性。通过中低温小梁弯曲试验的破坏应变指标，可知不同改性沥青混合料的破坏应变大小依次为：SBS改性SMA-10>SBS改性ECA-10>SBS改性AC-10>高胶改性ECA-10，均满足规范要求的2 800 με，说明都具备较好的低温抗裂性能。虽然高胶改性ECA-10的破坏应变略小于SBS改性SMA-10，分析原因可能是ECA沥青用量低于SMA，但影响很小，说明了高胶改性沥青在低温性能上不弱于SBS改性沥青。

3 实体工程验证

3.1 试验段概况

依托南京南部路桥建设集团承建的高淳区县道大中修工程施工项目晶定线K15+000—K15+500，开展高胶超薄磨耗层试验，全长共计0.5 km，双向两车道，路面宽9.0 m，设计厚度为2.5 cm，施工面积为4 500 m2。现场工况如图1～图3所示。

图1 高胶改性剂直投工艺 图2 混合料碾压 图3 碾压成型 图4 ECA-10(左)、AC-13(右)取芯切割对比

3.2 施工工艺

试验段采用ECA-10型高胶改性沥青混合料，高胶改性剂掺加工艺为干法直投式，掺量为SBS改性沥青质量的10%，油石比为5.4%。高胶改性剂加入拌和仓以后，首先要和矿料干拌，通过矿料揉挤实现分离高胶改性剂颗粒和均匀分布，干拌时间在10～15 s为宜，湿拌时间35～40 s，以拌合均匀不出花白料为准。具体生产温度控制要求为：石料加热温度180～190 ℃，SBS改性沥青温度160～170 ℃，出料温度175～185 ℃。

对于碾压工艺而言，与普通路面施工相比，高胶沥青混合料碾压温度应做适当提高，与普通橡胶沥青混合料基本一致，具体要求见表5。

表5 高胶沥青混合料现场摊铺及碾压温度实测(平均值) ℃

3.3 现场检测

不同沥青混合料的现场取芯试样见图4所示。

每种混合料取样三处现场检测，数据取平均值，如表6所示。

表6 试验路现场检测结果

根据现场检测结果，ECA-10高胶改性沥青混凝土的检测指标均优于AC-13且远高于规范要求，说明了ECA-10高胶改性沥青混凝土具备优异密水性能，且构造深度与摆式摩擦系数都表明ECA-10路面抗滑性能优于AC-13。

3.4 经济性分析

以本次实施500 m试验段为例，原设计全部铣刨沥青层后重新加铺AC-20和AC-13混合料；现计划对裂缝等病害进行贴缝处理，局部严重病害路段进行铣刨并修补处理后，加铺ECA-10高胶超薄磨耗层，计划变更前后工程造价对比如表7、表8所示。现计划沥青层的铣刨体积仅为49.3 m3，沥青混合料的铣刨工程量减少了83.7%，减少热拌沥青混合料约660 t，则原计划总金额970 750.9元，现计划节约总金额621 261.64元，采用ECA-10高胶超薄磨耗层后总造价比原计划减少约63.9%。

表7 工程造价对比1

表8 工程造价对比2

4 结论

(1)高胶改性沥青的高温稳定性优于SBS改性沥青，为适用超薄磨耗层的胶结材料。

(2)通过车辙试验表明，采用SBS改性沥青时，ECA-10的6.7 mm筛以上高掺量粗集料带来的骨架嵌挤作用，在抗车辙性能方面，要优于SMA-10的沥青马蹄脂与粗集料嵌挤的共同作用。高胶改性ECA-10沥青混合料比SBS改性SMA-10沥青混合料的抗车辙性能更强的主要原因是掺加了高胶改性剂。

(3)ECA-10高胶超薄磨耗层的现场检测指标高于SBS改性AC-13沥青混凝土，表明其具备优异的抗滑、密水性能。

(4)经济性分析表明ECA-10高胶超薄磨耗层技术能大幅度降低工程成本，具备广阔的应用空间。