高模量剂改性沥青路面关键技术研究与应用

刘日东

摘要：高质量的复合改性沥青能够有效提高路面使用性能。通过改进传统施工方法，本文采用橡塑柔性外掺剂作为高模量剂原材料，对沥青进行改性以提高其稳定耐久性能，并对相关施工工艺的操作要点进行了总结。应用效果表明，高模量剂改性沥青路面关键技术具有提高沥青路面承重层抗高温车辙、低温抗裂和抗疲劳性能等特点，可有效延长路面维护周期。

关键词：改性沥青 橡塑柔性外掺剂 施工工艺 路用性能

Research and Application of High Modulus Agent Modified Asphalt Pavement

LIU Ridong1， 2

（1. Zhejiang Communications Construction Group Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Province， 310051 China; 2. ZCCC Jinzhu Transportation Construction Co.，Ltd. Zhejiang Province， 310051 China）

Abstract： High quality composite modified asphalt can effectively improve the performance of pavement. By improving the traditional construction method， this article uses rubber and plastic flexible admixture as the raw material of the high modulus agent to modify the asphalt to improve its stability and durability， and summarizes the operating points of the related construction technology. The application effect shows that the key technology of high modulus agent modified asphalt pavement has the characteristics of improving high temperature rutting resistance， low temperature crack resistance and fatigue resistance of the bearing layer of asphalt pavement， which can effectively extend the maintenance cycle of the pavement.

Key Words： Modified asphalt; Flexible rubber and plastic admixture; Construction technology; Road performance

通過向沥青材料中掺加不同类型的外掺剂形成复合改性沥青，可有效提升其自身性能，已广泛应用于公路路面施工^[1]。随着“十四五”规划和交通强国战略的发布，人们对高速公路的建设水平和工程质量提出了更高要求。传统的复合改性沥青无法满足高温抗车辙性能、低温抗裂性能等能力，导致沥青路面出现早期破坏较多、抗滑性能衰减过快等现象^[2-4]。

目前，国内外对于复合改性沥青的研究已经取得一定的进展，在延长道路使用寿命、抗疲劳、延缓反射裂缝以及降噪等方面均得到明显的效果^[5-13]。但是，传统意义上的复合改性沥青仍存在些许不足。以最常见的橡胶改性沥青为例，由于橡胶对沥青高温性能的改善程度弱于其对沥青低温性能的改善程度，导致所形成的沥青路面修复周期较短，存在一定缺陷性。而且，传统橡胶改性沥青在高温溶胀后形成的沥青橡胶共混物温度一般在190℃～218℃之间，具有稳定性差、存储时间短等弊端，易造成施工过程中的能源浪费。此外，复合改性沥青的配制往往需要借助特殊的生产设备，推广应用成本较高。

基于上述问题，本文通过改进传统施工方法，开展高模量剂改性沥青路面关键技术研究与应用，以期能够提高沥青混合料的抗车辙、抗裂等路用性能，延长路面寿命，从而节约路面维护成本。

1 工程概况

平黎公路嘉善段改扩建工程路线总体为南北走向，起点位于嘉善与平湖交界处的界河，沿线经上跨越沪杭高速公路、下穿沪杭铁路客运专线后上跨嘉善塘。尔后上跨沪昆铁路、南星港、320国道、伍子塘，经干窑分离立交下穿申嘉湖高速公路、上跨红旗塘并与西塘镇南苑路平交，终点与西塘镇嘉兴综合保税区南北向主干道复兴大道平交，路线总长度23.9km。

为了开展高模量剂改性沥青路面关键技术研究，选取长度1.74km的试验标段，路面结构形式如下：上面层为4cm的ARAC-13SBS改性沥青混凝土，中面层为5cm的AC-16CSBS改性沥青混凝土，下面层为6cm的AC-20C沥青混凝土，基层和底基层均采用水泥稳定碎石。

2 工艺原理

如图1所示，在对沥青的改性过程中，由于高模量外掺剂的单元颗粒具有独特的空腔状表面结构，其改性作用原理主要包括三部分：一是沥青与外掺剂之间组合形成了零散的聚合物晶体;二是在含有沥青的灰浆与矿物性阵列之间形成了聚合体搭桥;三是添加剂成分与沥青之间发生了一系列的物理化学交换作用。基于此，通过高模量外掺剂对沥青的改性，沥青混凝土的高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性能等得到显著提高。本文中高模量外掺剂采用图2所示的橡塑柔性剂材料。

3 工藝流程及操作要点

3.1 工艺流程

图3为高模量外掺剂改性沥青路面的施工工艺流程。根据车流量和车辆荷载实际情况，对重载车辆多和车流量大的区域的平交路口等易产生流变型车辙路段进行统计，确定需进行高模量剂改性沥青修复的路段。对修复改造路段，挖除原有道路的结构层，加铺水泥稳定碎石基层和高模量剂改性沥青混凝土结构层。

制备结构层沥青混合料，对拌合楼相关设备检查无误后，橡塑柔性剂等原材料就位备用。待矿料加热后，按设计配合比加入不同集料并拌和一定时间，制备完成沥青混凝土，并封闭运输至现场。现场摊铺碾压高模量剂改性沥青，降低到一定温度后可恢复道路交通。

3.2 操作要点

1 路况检测和旧路挖除

根据实际车流量和车辆荷载情况，选取重载车辆多和车流量大的区域平交路口等易产生流变型车辙的路段作为统计对象，确定需进行高模量剂改性沥青修复的路段。对修复改造路段，挖除原有道路的结构层，加铺水泥稳定碎石基层和高模量剂改性沥青混凝土结构层。

2 设备检查

检查高模量剂自动计量投料装置的接线，清除干净进料口，连接自动计量投料装置的数据线与排合楼控制式，然后将橡塑柔性剂倒进料斗备用。

3 原材料准备

根据不同结构层功能所对应的沥青改性方法，优化设计下面层的材料级配和配合比。高模量改性剂的掺加量根据实际需要确定，本工程所采用的掺加量为混合料质量的0.35%。沥青混合料设计采用马歇尔击实法，本工程所采用的最佳油石比为3.78%。

4 沥青混合料生产

首先将矿料加热到180℃-185℃，随后根据掺量设计要求，将抗车辙剂通过风送设备与粗集料一同加入到190℃-200℃的高温集料中进行拌和。

集料的干拌时间一般不应短于25s，根据拌和站系统设置好的顺序依次添加;在同步加入填料及改性沥青后，改性沥青的湿拌时间不应短于30s。拌和完成后，应检查混合料沥青是否包裹均匀，尤其不能出现花白料。改性剂投放如图4所示。

5 沥青混凝土的运输

高模量改性剂沥青混凝土的运输可按照聚合物改性沥青混凝土的要求进行，尤其要做好运输过程中的密闭保温性能。

6 现场摊铺、碾压

由于高模量剂改性沥青混合料具有较强的内粘聚力，因此在摊铺过程中应紧跟，保证混合料在较高温度下进行施工，从而满足压实度要求。

本工程采用两台侧边安装有反向螺旋的摊铺机进行阶梯摊铺，可有效减少摊铺过程中的混凝土离析现象。本工程所采用的摊铺参数中，实际摊铺速度控制在2.5m/min左右，振捣频率5级。摊铺表面整体应均匀密实，混合料摊铺后立即进行碾压，单次碾压长度宜控制在50m-80m范围内。图5所示为现场高模量剂改性沥青混凝土的摊铺和碾压情况，可见采用本文施工关键技术的摊铺碾压效果良好。

7 通行

当摊铺后的路表温度低于50℃时，可以恢复部分道路交通，其中载重车辆需24小时后才能准予通行。

4 结论

结合某试验路段，本文系统开展了高模量剂改性沥青路面关键技术研究与应用，主要结论有：

（1）本文关键技术具有提升沥青路面承重层抗高温车辙、抗低温裂缝性能和耐久稳定性能等特点，适用于普通公路路面中易发生较大车辙病害的中下面层铺筑和修复，对长大下坡、连续弯道、爬坡、软基路段等特殊路况条件也可适用。

（2）在高温条件下，高模量剂沥青混合料改性剂能快速包裹在集料表面防止其发生离析，保证混合料道路表面的动稳定度一致。

（3）高模量剂改性沥青混合料因其抗车辙性能衰减度较小，可有效提高其高温抗车辙与高温稳定性。

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