ARP 沥青混合料在国省干道车辙处治中的应用研究

高天宇GAO Tian-yu

（扬州大学建筑科学与工程学院，扬州 225000；扬州市江都区交通运输局，扬州 225200）

0 引言

在当代交通量不断增长和重载超载现象日益严重的社会环境下，为了治理日益严重的路面病害，改善沥青路面的各项性能，将聚合物添加剂应用于沥青混合料中是国内外研究人员最常用的一种手段。许多研究表明，SBS 可以提高沥青混合料的抗车辙、抗水稳定性、抗开裂等性能。NCAT试验路上进行的研究比较了SBS 改性沥青混合料和未改性沥青混合料的抗车辙性能。结果显示，在900 万等效单轴载荷作用后，改性沥青混合料和未改性沥青混合料的车辙深度分别为2.7mm 和6mm[1]。近年来，许多新型改性剂已投入使用，如抗车辙剂、高模量改性剂等，受到越来越多的关注。高模量剂是一种能够显著提高沥青混合料劲度模量和抗疲劳性能的聚合物添加剂，发源于法国[2-3]。周庆华[4]对高模量沥青混凝土进行高温蠕变试验，发现动态模量高达14GPa，说明HMAC 具有优秀的抗车辙、抗疲劳和耐久性。岳秀梅[5]研究了橡胶粉和高模量剂掺量对SMA 混合料综合路用性能的影响，并将其与SBS 改性SMA 混合料进行了对比，发现基于橡胶粉与高模量剂复配技术所生产的SMA 混合料其综合路用性能可达到甚至超过SBS 改性SMA 混合料。赵毅[6]等在普通70#沥青中掺入高模量剂，发现需改变混合料的制备工艺才能使其疲劳寿命和模量达到最佳状态。抗车辙剂[7]是专门用来改善沥青混合料的抗车辙性能的聚合物添加剂，其主要成分为高分子聚合物，代表性的有法国PRI、德国路孚8000、国产的车辙王等产品。陈兵[8]通过路用性能试验对不同掺量的抗车辙剂和SBS 改性剂的SMA-13 沥青混合料各项性能进行测试，发现二者的最佳掺量分别为0.4%和5%；在最佳掺量下，抗车辙剂对混合料的高温性能提升效果要优于SBS 改性剂，而SBS 改性剂对混合料的低温抗裂性和水稳定性改善效果要优于抗车辙剂。郭博[9]对掺抗车辙剂的沥青混合料、基质沥青混合料分别进行短期老化和长期老化试验，来评价抗车辙剂改性沥青混合料的耐老化性能。试验结果表明抗车辙剂对于老化后沥青混合料的水稳定性和低温抗裂性能有一定程度的改善。可见，目前市场上各类改性添加剂品种繁多，其实际路用性能各有优劣，优选出合适的改性添加剂，进而提高沥青混合料路用性能和减少路面损坏，是道路从业人员需要解决的问题之一。基于此，本研究拟结合新型的ARP 添加剂，依托江苏省某国省干道大中修工程，将ARP 应用于SUP-25 沥青混合料中，并与常规的SUP25 沥青混合料进行对比，通过对沥青混合料配合比设计、路用性能以及施工技术的研究，为不同改性剂在沥青混凝土中的应用提供借鉴和参考。

1 原材料

1.1 集料和填料

本研究采用石灰岩集料和矿粉，对其基本性能进行了测试，结果如表1～表2 所示。基本性能满足相关规范要求。

表1 矿料密度和吸水率测试结果

表2 矿料筛分结果

1.2 沥青

本研究采用两种沥青，分别为70#基质沥青和SBS 改性沥青。其中70#基质沥青用于ARP 沥青混合料，SBS 改性沥青用于常规的Sup25 沥青混合料。对两种沥青的基本性能进行检测，结果如表3 所示，均符合设计要求。

表3 沥青性能检测结果

1.3 ARP 外掺剂

本研究所用ARP 外掺剂呈黑色颗粒状，其外观如图1所示，其掺量为沥青混合料质量的0.45%，技术指标见表4。

图1 ARP 外掺剂外观图

表4 高模量剂性能检测结果

2 沥青混合料组成设计

采用Superpave 方法进行沥青混合料设计，旋转次数为100 次。对于ARP 沥青混合料，采用70#基质沥青，ARP 掺量为沥青混合料质量的0.45%。在进行试验时，首先把ARP 外掺剂和集料进行干拌60s，然后再加入沥青拌合90s，再加入矿粉拌合90s，总拌合时间为4min。对于常规的SBS 沥青混合料，采用规范方法进行拌合。本研究采用的级配和设计结果分别如表5～表6 所示。

表5 SUP25 级配设计结果

表6 沥青混合料各材料比例

3 沥青混合料性能分析

为明晰ARP 沥青混合料的性能特点，对其性能进行了测试，包括高温性能、低温性能、水稳定性和动态模量，并与常规的SUP25 改性沥青混合料进行对比。

3.1 高温性能分析

本研究采用车撤试验测试沥青混合料的高温性能，试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行，轮压为0.7MPa，试验分别在60℃和70℃两个温度下进行。测试结果如表7 所示。

表7 沥青混合料动稳定度测试结果

由表7 可见，①两种沥青混合料的动稳定度均超过了3000 次/mm，满足规范要求；②在两种测试温度下，基质沥青加ARP 组成的ARP 沥青混合料的动稳定度均优于常规的SBS 改性沥青混合料，在60℃时，二者的动稳定度分别为6266 次/mm 和5635 次/mm，前者是后者的1.11 倍；在70℃时，分别为2082 次/mm 和1853 次/mm，前者是后者的1.12 倍；③两种沥青混合料的动稳定度均随着测试温度上升而出现了大幅下降，并且二者的下降幅度几乎相等。可见，ARP 外掺剂对沥青混合料的高温性能具有明显的改善作用，使得ARP 沥青混合料的动稳定度略微优于SBS 改性沥青混合料。

3.2 低温性能分析

本研究采用低温小梁弯曲试验测试沥青混合料的低温抗裂性能，试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行，测试温度为-10℃。测试结果如表8 所示。

表8 沥青混合料低温弯曲试验测试结果

沥青混合料作为典型的黏弹塑性材料，高低温性能往往不可兼顾，提高沥青混合料的高温性能后，其低温性能往往会受到影响，反之亦然。从表8 所示结果可以看出，①ARP 沥青混合料和SBS 沥青混合料的低温破坏应变均满足设计要求；②ARP 沥青混合料的破坏强度高于SBS沥青混合料，而其破坏应变低于SBS 沥青混合料。表8 数据表明，ARP 沥青混合料的低温破坏应变比SBS 沥青混合料低了约6%，表明ARP 沥青混合料在低温时的容许变形更小，可能更易产生低温开裂，但考虑到Sup25 沥青混合料一般用于沥青路面的下面层，该层位一般不会发生低温开裂，因此ARP 沥青混合料的低温性能是符合路面使用要求的。

3.3 水稳定性分析

本研究采用冻融劈裂试验测试沥青混合料的水稳定性能，试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行。测试结果如表9 所示。

表9 沥青混合料水稳定性测试结果

由表9 试验结果可见，①ARP 沥青混合料和SBS 沥青混合料的冻融劈裂强度比均大于80%，满足规范要求；②ARP 沥青混合料和SBS 沥青混合料的冻融劈裂强度比分别为87.6%和87.9%，二者比较接近，表明两种沥青混合料对水分的敏感程度相似，但ARP 沥青混合料冻融前后的劈裂强度均高于SBS 沥青混合料，表明ARP 沥青混合料在荷载作用下更不易发生开裂，进而避免了可能的水分浸入，从而在避免了水损害，因此虽然二者对水分的敏感程度相近，但在实际路况中，ARP 沥青混合料可能表现出更好的抗水损害能力。

通过以上分析可见，ARP 外掺剂能够明显改善沥青混合料的路用性能，甚至略优于SBS 改性沥青混合料性能，究其原因，可归纳为以下几个：①ARP 外掺剂具有快速分散的能力，能够在短暂搅拌后迅速分散到沥青混合料中，保证了对沥青混合料改性的均匀性；②ARP 外掺剂能够增粘、增稠沥青，ARP 部分熔化后的成分在沥青中以极为离散的状态凝固，形成高强而稳定的固化结构；增强了沥青的稠度，使沥青具有较高的软化点；③ARP 外掺剂的粘连加筋作用，一部分熔化的成分及少量未熔的成分裹附在石料表面，在石料与沥青、石料与石料之间形成一个搭桥的作用，产生较大的粘结力，增加了沥青与骨料的粘附性，这就使得沥青混合料具有稳定的结构，从而使成型沥青路面的渗透性大大降低，抗水损害能力大幅提高。

4 工程应用

为了验证ARP 沥青混合料的实际路用性能，依托江苏某国道养护工程进行ARP 沥青混合料试验段实施应用。该路段交通荷载较重，在服役过程中出现了较为严重的车辙，为了对车辙路段进行处置，采用ARP 沥青混合料铺筑了试验路段，采用的级配为Sup25。

在正式施工前，检查所有机械设备，保证其正常使用状态。在沥青混合料的生产环节，HMM13 的生产需增加ARP 外掺剂投放环节，其他程序与常规沥青混合料生产相同。ARP 外掺剂采用小袋包装，每包的重量与拌和站每盘生产能力相匹配。采用人工将ARP 外掺剂与二次筛分的集料同时投放到拌锅中，控制好生产温度，保证出料温度在180～185℃。在沥青混合料生产环节，注意控制几下几点：

①矿料的干拌时间由原来的5s 调整为10s，确保ARP添加后拌合均匀，可实现快速溶解的目的；

②湿拌时间需满足40s，确保沥青混合料充分拌合，有利于ARP 材料的均匀分散，有效提升沥青混合料高温性能；

③ARP 添加过程中及时跟踪投料工，防止人工投放添加量不准、投放不及时等问题的发生；

④严格检测出料温度，出厂检测均采用插入式水银温度计逐车检测，不可仅依靠红外测温仪。

沥青混合料生产过程如图2～图3 所示。

图2 视频监测人工投料

图3 装料过程

在ARP 沥青混合料的碾压环节，严格控制好碾压温度和复压遍数。ARP 沥青混合料的碾压温度需保持在合理范围内，太低则压实度不足，太高则碾压时推移现象明显。现场采用福格勒伸缩式摊铺机进行沥青混合料摊铺，摊铺速度3～3.5m/min，碾压机械采用2 台双刚轮压路机、1台胶轮压路机，碾压方案采用双钢轮前静后振2 遍+30t 胶轮6 遍+双钢轮静压2 遍。经现场检测，初压温度控制170-175℃，复压温度控制在140-145℃，终压温度控制在120-125°C，整体碾压温度控制较好。图4～图5 为施工现场图。

图4 施工温度控制

图5 现场简易检测渗水情况

经施工后检测，试验路段的渗水、压实度等各项指标均满足设计要求。在施工半年后，对试验路段进行了跟踪检测，没有发现出现车辙病害，表明ARP 沥青混合料初步达到了设计意图，其长期性能还需要进一步跟踪检测。

本研究进一步对ARP 沥青混合料的经济性进行了分析。SBS 改性沥青价格为5000 元/t，70#基质沥青价格为4000 元/t，ARP 外掺剂价掺量为沥青混合料质量的0.45%（相当于沥青质量的11%），价格为6000 元/t，则以每吨沥青混合料为计算单位，ARP 沥青混合料的价格相对于SBS改性沥青混合料价格可节省大约400 元/t，具有较明显的经济性。

5 结语

本文依托某国省干道养护工程，对ARP 外掺剂对沥青混合料性能影响进行了探究，并于常规的SBS 改性沥青混合料进行对比，结论如下：

①ARP 沥青混合料的高温性能和水稳定性均优于改性沥青混合料Sup25，但前者的低温性能略低。

②ARP 沥青混合料施工方便，各项施工指标均满足设计要求，且经过半年跟踪检测，实际路用性能较好。

③ARP 沥青混合料Sup25 的价格相较于SBS 改性沥青混合料，每吨可节约400 元，具有明显的经济性。