复合改性沥青及混合料在加铺层中的应用研究

 复合改性沥青及混合料在加铺层中的应用研究（交通）

                                  郭立华

                       （山西省交通科学研究院太原030006）

 摘要针对白加黑路面加铺层易出现反射裂缝的问题，采用3%的混合型SBS改性剂与5%的

岩沥青制备具有高粘、高弹、高延特性的复合改性沥青，并对复合改性沥青SMA-13混合料及应力吸收层性能进行研究。结合实体工程采用5 cm的复合改性沥青SMA-13与复合改性沥青应力吸收层进行加铺设计及施工。结果表明，复合改性沥青混合料的施工质量易于控制，检测结果能够满足设计要求。

关键词  道路工程  白加黑  复合改性沥青  加铺层

    我国早期修建的水泥混凝土路面，由于使用年限的增长及交通荷载的作用，路面出现了各种不同的破坏形式。由于沥青路面的行车具有良好的行车舒适性，且易于修复，因此近年来我国开展了大量的白加黑工程。而白加黑路面由于水泥混凝土板的存在极易出现反射裂缝等病害，伴随着路面水的下渗，沥青面层破坏速度不断加大。因此采用合理的材料及加铺层方案进行白加黑路面的再加铺设计，达到延缓反射裂缝，增长使用寿命的目的具有重要的工程意义。本文结合实体工程，拟采用复合改性沥青进行加铺层混合料的设计，并通过复合改性沥青应力吸收层来防治反射裂缝，为以后的工程设计及施工提供参考及依据。

1工程概况

    结合某白加黑路面加铺实体工程进行复合改性沥青及混合料的应用研究。该路段于2010年进行白加黑设计及施工，由于近年来交通量迅速增长，重载交通比例增大，沥青面层已经出现了大量的反射裂缝，同时由于水泥混凝土板块板角出现破碎或者短板现象，局部路段还存在大量的坑槽，严重影响行车的舒适性及安全性。因此，为改善该路段路面行驶质量，需进行白加黑路面的再加铺设计。为了延缓反射裂缝的发展、延长沥青路面使用寿命，提高沥青路面抗车辙性能，因此拟加铺5 cm的复合改性沥青SMA-13，同时采用复合改性应力吸收层以防止放射裂缝。具体加铺设计方案见图1。

 

2原材料

2.1  沥青

    选用70号基质沥青、混合型SBS改性剂及岩沥青拌制复合改性沥青，以改善沥青胶结料的高温、低温等性能，其中SBS改性剂掺量为3%，岩沥青掺量为5%。根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》的试验方法，检测基质沥青及复合改性沥青的各项技术指标，检测结果见表1。

 

    由表1可见，复合改性沥青的针人度为33.5(0. 01mm)，软化点高达72.7℃，5℃延度为

15.8 cm，而基质沥青的针入度为62.7(0. 01mm)，软化点为52.9℃，5℃延度仅为5.7 cm，

说明与基质沥青相比，复合改性沥青具有更好的高温性能、低温延展性。这主要是因为SBS改性剂分布于基质沥青中形成网状结构，对沥青聚合物改性，改善了基质沥青的性能；同时天然岩沥青本身的软化点达到300℃以上，加入基质沥青后，使其具有良好的抗高温、抗老化性能。

2.2集料与填料

    集料采用石灰岩，依次分为10～16，5～10，3～5与0～3 mm 5档规格。根据《公路沥青路面施工技术规范》的要求，对集料与填料进行室内试验检测，结果见表2。

 

    由表2可见，各档集料的性能都能够满足规范要求，可用于公路沥青路面沥青混合料的拌制及施工。

    矿粉由石灰岩制成，矿粉密度为2. 721 g／cm³。

3  配合比设计及性能研究

    选用SMA-13型混合料进行复合改性沥青混合料的配合比设计及性能研究。

3.1  配合比设计

    根据《公路沥青路面施工技术规范》中SMA-13级配范围，借鉴superpave级配设计理念，严格控制4. 75 mm筛孔的通过率，避免曲线通过级配禁区，并保证级配曲线呈S形，确保混合料具有良好的骨架结构。级配设计结果见表3。

 

    按照设计级配，以预估的油石比5. 5%为中值，按0. 3%间隔取5个不同油石比，依次为

4. 9%，52%，5.5%，5.8%，6.1%，分别成型标准马歇尔试件，采用水中重法测试马歇尔试件的空隙率，并通过室内试验测定马歇尔稳定度及流值等指标，试验结果见表4。

 

由于本试验中密度没有出现峰值，因此直接采用孔隙率中值所对应的油石比作为OAC₁根

据表4可取为5.35%；在以同时满足空隙率、饱

 

    综合各项技术指标，并根据室内试验沥青混合料拌和情况，最终确定目标配合比设计的最佳油石比为5. 6%。

3.2路用性能研究

    采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验对复合改性沥青混合料的路用性能进行研究，同时与普通SMA-13混合料对比，评价复合改性沥青效果。

    (1)水稳定性。采用浸水马歇尔与冻融劈裂试验研究复合改性沥青混合料的水稳定性，试验结果见表5，表6。

 

    由表5可见，复合改性与普通沥青SMA-13混合料的残留稳定度都能够满足规范要求，但复合改性SMA-13的马歇尔稳定度与残留稳定度都较高。

    表6表明，复合改性与普通沥青SMA-13混合料的冻融劈裂强度比都能够满足要求，但复合改性SMA-13的劈裂强度与冻融劈裂强度都较高。

    通过浸水马歇尔与冻融劈裂试验共同说明复合改性沥青混合料具有更好的水稳定性，这主要是因为岩沥青中，氮元素以官能团形式存在，这种存在使岩沥青具有很强的浸润性和对自由氧化基的高抵抗性，特别是与集料的粘附性及抗剥离性得到明显的改善；同时SBS改性剂能够有效提高沥青的粘度，改善沥青与集料的粘附性。

    (2)高温性能。根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），在60 ⁰C试验条件下进行车辙试验，通过动稳定度指标评价复合改性沥青混合料的高温性能，结果见表7。

 

    由于SMA-13混合料具有良好的骨架嵌挤结构，因此复合改性与普通沥青SMA-13混合料的动稳定度指标均超过2 000次／mm；但复合改性沥青SMA-13混合料的动稳定指标高达5 986次／mm，是普通沥青SMA-13的2.46倍，说明复合改性沥青混合料的高温抗车辙性能远远优于普通沥青混合料。

    上述结果说明复合改性沥青SMA-13具有更好的水稳定性与高温性能，这主要是复合改性沥青具有高粘、高弹的特性，同时具有良好的高温性能，能够有效改善沥青与集料的粘附性，同时有效增加沥青混凝土的抗变形和抗冲击能力。

4  复合改性应力吸收层性能研究

    复合改性沥青应力吸收层碎石采用9.5～13.2 mm石灰岩，碎石撒布前需加热至180℃，

沥青洒布量为2.5～2.6 kg/m²，碎石撒布量为14～16 kg/m²。并通过室内斜剪试验测试应力

吸收层与水泥混凝土板之间的粘结性能。为了更好地模拟实际水泥混凝土桥面铺装，斜剪试件上层为10 cm×10 cm×5 cm的复合改性沥青混凝土，下层为10 cm×10 cm×5 cm的水泥混凝土试件，中间为复合改性沥青应力吸收层，结果见表8。

 

    研究表明，通常沥青路面层间最大剪切应力在0.5 M Pa左右，因此复合改性沥青应力吸收层的抗剪切性能完全满足要求。

5  实际工程应用及检测

    采用上述设计的复合改性沥青SMA-13及复合改性沥青应力吸收层进行白加黑沥青路面的再加铺施工，在施工过程中严格控制松铺厚度、碾压顺序、压路机组合、碾压遍数、碾压速度及碾压温度的施工参数，使面层碾压既不漏压也不超压；同时确保足够的沥青及碎石洒（撒）铺量，并且碎石的撒铺必须紧跟在沥青洒铺之后。施工结束后，进行路表弯沉、渗水系数、压实度的检测。结果见表9。

 

    由表9可见，复合改性沥青SMA-13及复合改性沥青应力吸收层具有良好的施工性能，施工结束后路面抗渗水性能更好；在拌和楼进行混合料抽检，采用燃烧炉法检测混合料的油石比、级配均满足设计要求。

6结语

    在70号基质沥青中添加3%的混合型SBS改性剂与5%的天然岩沥青拌制复合改性沥青，

其具有高粘、高弹、高延的特性。由于复合改性沥青具有良好的高温性能及与集料的粘附性能，因此复合改性沥青SMA-13混合料具有良好的水稳性及高温抗车辙性能。复合改性沥青应力吸收层的层间抗剪切强度高达2. 68 MPa，保证了整个加铺层具有良好的整体性。结合实体工程采用5 cm的复合改性沥青SMA-13与复合改性沥青应力吸收层进行加铺设计及施工，表明复合改性沥青混合料的施工质量易于控制，实际结果能够满足设计要求。