TPR改性沥青混合料在国省道干线公路面层中的应用

辛 宁

（山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250002）

0 引言

TPR材料是以热塑性丁苯橡胶为基础原材料，添加树脂（如PP，PS）、填料、增塑油剂以及其他功能助剂共混改性材料。TPR材料不仅无毒无味，能够回收利用，还具备橡胶的特性，有良好的弹性、回弹收缩性、耐磨性和耐候性，是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性的材料，因此，在众多工业领域被广泛应用。将TPR改性剂应用于道路工程，能够有效提升沥青混合料的各项路用性能指标。

1 工程概况

河南省S312省道郑州境改建项目（即G107东移至江山路段）起于郑州市万滩镇十里店村向南0.6km处，沿着郑州至徐州客运专线（即郑徐高铁）北侧往西延伸，在关帝庙东侧转向西南方向，一直到北周庄镇北方进入郑州市金水区，然后在来潼寨村往东连接黄河淤背区，再往西先后下穿京港澳高速公路桥和公铁两用桥，经过南月堤后往西南方向上跨老G107，与天河路交叉后继续往西与江山路交叉，到达本工程终点。项目途径郑州市惠济区、金水区、郑东新区，全长37.123km，其中有6.026km是利用正在建设中的G107 东移至四港联动大道连接线，因此项目实际建设里程为31.097km。项目道路按照双向六车道一级公路标准设计（同时作为市政道路使用），桥涵采用车辆荷载公路-I级（新建）标准，设计速度为100km/h，路基宽度为33.5m。路面结构为半刚性基层沥青路面，具体结构为4cm 厚AC-13C细粒式改性沥青混凝土上面层+6cmAC-20C 中粒式改性沥青混凝土中面层+水泥稳定碎石半刚性基层。项目路基填方量较大，约245.48万m3，挖方量约79.82万m3，需要大量借方。项目施工环境复杂，沿线设置有1处互通立交，7处分离式立交，27个平面交叉，2个通道，养护工区、服务区、路段监控通信站各1处。

按工程要求，细粒式改性沥青混凝土将用于路面结构的上面层，有必要对计划选用的TPR改性沥青进行混合料配合比设计、关键施工工艺流程、施工质量检测等进行研究，以确保路面质量。

2 TPR改性沥青混合料配合比设计

2.1 原材料指标

（1）TPR：TPR是类似于SBS的一种高性能沥青改性剂，能够显著改善沥青性能指标。经前期室内试验确定，该项目所用TPR改性剂的掺量为沥青用量的8%。

（2）粗集料：项目所用粗集料为玄武岩碎石，有3～5mm、5～10mm、10～15mm 三种粒径组成，集料清洁、干燥，近立方体颗粒，集料的表观相对密度、吸水率、压碎值、洛杉矶磨耗损失等各项指标均满足规范要求。

（3）细集料：细集料采用粒径为0～3mm的机制砂，质地坚硬、洁净，其表观相对密度为2.712t/m3，砂当量为63.2%，棱角性（流动时间）为42.1s，相关技术指标均符合规范要求。

（4）填料：填料采用石灰岩加工而成的矿粉，干燥、洁净，各项技术指标均满足规范要求[1]。

（5）沥青：沥青作为连接各集料的胶结料，是影响沥青混合料的最主要因素之一，该项目采用为70号A级道路石油沥青，各项指标均符合规范要求。

2.2 配合比

（1）配合比设计原则

沥青混合料的配合比设计应以满足沥青面层功能要求为基础，同时充分考虑依托工程所处的地理位置、气候条件、交通量等因素对沥青混合料性能的影响。该项目所研究的TPR 改性沥青混合料用于沥青路面上面层，使用过程中将受到交通荷载、温度、水等外界因素的直接作用。因此，TPR改性沥青应具有良好的温度稳定性、抗疲劳性、耐久性和行车舒适性等性能。基于此，应从全面改善沥青混合料路面的综合指标出发，开展沥青混合料的级配设计与优化，以确保沥青混合料面层具有安全、耐久的性能指标。

（2）配合比设计

沥青混合料的目标配合比是从沥青混合料的目标性能要求出发，以规范要求的碎石集料级配范围为准则，采用试算法确定各档集料的掺配比例，对混合料合成级配不断优化调整，确定沥青混合料综合路用性能满足设计要求时的油石比和集料掺配比例。

在我国公路工程施工中多采用马歇尔试验法进行沥青混合料的配合比设计和日常检测。该项目通过对TPR改性沥青混合料开展马歇尔试验和路用性能检验，最终确定TPR改性沥青混合料AC-13C的配合比，结果见表1，级配曲线如图1。

表1 TPR改性AC-13C沥青混合料配合比设计结果

图1 级配设计曲线图

上述级配的TPR 改性沥青混合料马歇尔技术指标和路用性能试验结果见表2和表3。

表2 TPR改性沥青混合料的马歇尔试验结果

表3 TPR改性沥青混合料的路用性能试验结果

3 施工流程及效果检验

3.1 关键施工工艺

3.1.1 沥青混合料拌制

沥青混合料的拌合由拌合站来完成，拌合站主要由进料斗、传送带、搅拌机、储料斗、沥青储存罐、沥青运送管道及控制室等几部分组成。拌和设备采用南方路机LB 系列5000型间歇式拌和机，该设备具有自动化程序高、配料准确、高效率、低能耗及除尘效果良好的特点，可自动称量投放材料。施工拌合过程由控制室来进行全程控制[2]。

沥青混合料拌和机启动前，应提前将沥青加热到规定温度（一般为160℃左右），若温度未达到要求，不得开机生产。拌和机启动运行后应空转30s左右，预热干燥筒，同时检查各机械、仪表是否正常工作。检查结束后加入适量的集料进行试拌，集料加热温度165～200℃，试拌时应确认称量、加热、温度等计量是否准确，打印设备是否正常工作。待确认一切正常后，按照配合比设计添加热沥青、集料、矿粉、TPR改性剂等材料进行拌和。

拌和过程中应随时检查沥青混合料的沥青用量、集料及填料比例以及加热温度等是否满足要求，若存在偏差应及时调整。TPR的添加工艺简单，可在沥青混合料拌合过程中直接加入，但应先与矿料充分拌和（一般5～10s）。

为确保TPR改性沥青混合料质量，应保证沥青混合料拌和均匀，所有碎石骨料应全部均匀裹覆沥青胶结料，不得有结团、花白料和离析等现象，并确保混合料出场温度达到规范要求[3]。

由于该项目采用了国内较先进的拌和设备，各种材料配合比用量全部由电脑自动控制，因此拌合料质量比较稳定。摊铺试验段时共出料12 车，出料温度范围为150～160℃，满足规范要求。

3.1.2 混合料运输

该项目采用10 辆载重25t 的大吨位自卸汽车进行运输，运输过程中严禁超载，并不得急刹车、急弯掉头等，以防止对粘层造成破坏。

运输过程中应对沥青混合料进行覆盖，以减少运输和等待过程中的热量散失，保证施工温度，减少摊铺过程的温度离析。

沥青混合料的运输车辆配置应与摊铺效率相匹配，为确保连续施工，混合料的运输能力应稍大于摊铺能力，施工时保持摊铺机前方有2～3辆运料车等候。

装车前运料车的清洁与隔离、装车时的汽车移动、进入现场时轮胎的清洁等均按照规范规定要求执行。

3.1.3 摊铺及碾压

试验段施工选用的福格勒S1800-2摊铺机，采用雪橇式自动调平装置控制摊铺厚度并自动找平，摊铺机布设方式及摊铺温度控制满足规范规定要求，摊铺速度控制在2～6m/min的范围内。

AC-13C上面层试验段施工时采用的压路机数量为6台（2台13t双钢轮压路机，1台12t双钢轮压路机，1台14t双钢轮压路机，2台30t轮胎压路机）。沥青混合料的具体碾压方案如下：

（1）初压。初压采用1台14t双钢轮压路机，前进时以2～3km/h的速度静压2遍，初压温度不低于130℃，返回时应沿前进轮迹行驶并开启振动装置。初压时应重叠20～30cm 轮迹。初压完成后应及时检查平整度和路拱横坡，有明显缺陷时应按现场技术人员和监理人员的要求进行修整或返工[4]。

（2）复压。复压紧接着初压进行，首先采用30t轮胎压路机以3～5km/h 的速度对初压后的沥青混合料进行搓揉，以提高上面层密水性。复压温度应不低于120℃。为保障TPR改性沥青混合料路面的密水性和压实度，复压应先利用轮胎压路机碾压4遍，再利用2台13t双钢轮压路机振动碾压4遍。

（3）终压。终压的目的是消除轮迹，保证面层具有较好的平整度，提高行车舒适性。因此，终压时沥青混合料应具有较高的温度，但是又不能过高，否则会影响平整度。终压时采用12t双钢轮压路机静压2遍，碾压速度宜为3～6km/h，碾压结束后表面温度应不低于90℃。

通过对试验段施工过程中沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压等环节的温度检测，各指标均满足规范规定要求。

3.2 施工质量检测

（1）TPR改性沥青混合料级配。对试验段TPR改性沥青混合料矿料级配、油石比进行了试验检测，检测结果见表4。

表4 TPR改性沥青混合料级配检测

结合表4 检测结果和表1 可以看出，施工用的TPR改性沥青混合料的级配与设计级配保持一致，说明混合料级配良好且稳定。

（2）TPR改性沥青混合料性能指标。对试验段用TPR改性沥青混合料的性能指标进行了检测，结果见表5。

表5 TPR改性沥青混合料性能检测结果

由表5中检测结果可以看出，TPR改性沥青混合料的各项路用性能指标满足规范要求。

（3）TPR改性沥青混合料路面压实度。对TPR改性沥青混合料试验段进行了钻孔取芯，对芯样的厚度、密度、压实度等指标进行检查，结果见表6，由表可知，检测结果满足设计要求。

表6 TPR改性沥青混合料试验段路面取芯压实度试验结果

（4）渗水系数。TPR改性沥青混合料试验段渗水系数检测结果见表7，检测结果表明试验段渗水系数满足设计要求。

表7 TPR改性沥青混合料试验段路面渗水试验结果

3.3 运营期性能观测

目前，工程已竣工通车2年，通过对工程路面使用状况的跟踪和观测发现，TPR改性沥青混合料路面尚没有明显的车辙病害，且路面裂缝平均间距明显小于同期铺筑的普通沥青路面，说明TPR改性沥青混合料具有良好的高低温路用性能。

4 结束语

（1）当TPR改性剂掺量为8.0%时，TPR改性沥青混合料的车辙试验动稳定度为3412次/mm，小梁弯曲应变为3106με，浸水马歇尔残留稳定度为83.6%，冻融劈裂残留强度比为82.1%，能够很好地满足规范要求，说明TPR改性沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗车辙和抗水损能力。

（2）TPR改性沥青混合料生产、施工工艺简单，无需额外增加设备；TPR改性沥青混合料拌和时，TPR改性剂添加工艺简单，一般先直接投入矿料中干拌5～10s，再加入基质沥青进行湿拌。

（3）TPR 改性沥青混合料试验段的应用效果显示，试验段的压实度在97%以上，渗水系数不超过85ml/min（明显小于设计要求的120ml/min），说明TPR 改性沥青混合料的应用效果良好。