AC-20高模量改性瀝青混合料的研制

鐘磊

廈門市政工程公司（361000）

AC-20高模量改性瀝青混合料的研制

鐘磊

廈門市政工程公司（361000）

簡述AC-20高模改性瀝青混合料的研制及生產。該型瀝青混合料的研制成功，較大幅度提高了瀝青路面的承載能力及抗形變恢復能力，有效延長了瀝青路面的使用壽命，給瀝青生產施工企業(yè)帶來了良好的經濟及社會效益。

高模改性瀝青；瀝青混合料；性能；混合料；經濟效益

通過選擇優(yōu)質石材，合理調整粗細骨料級配曲線以及使用經高模改性后的瀝青和外摻劑所生產出的高模量改性瀝青混合料性能穩(wěn)定，具有良好的荷載承受能力和彈性恢復能力，非常適合大型機場跑道、超重交通公路等工程項目，在國外已被大量運用。隨著我國公路運輸車輛及載重量的與日劇增，瀝青路面車轍、沉陷、網裂等各類病害也層出不窮。高模量改性瀝青混合料的運用將有效提高瀝青路面的承載能力和抗形變能力，極大地保障了高等級公路使用性能，延長瀝青路面的使用年限，節(jié)約了瀝青路面病害處置的人力物力，因此具有廣泛的使用空間和重要的推廣價值。

1 工程概況

廈門高崎國際機場位于廈門島的東北端，距廈門市中心10公里；地處閩南金三角的中心地帶，與臺灣隔海相望，三面臨海，環(huán)境優(yōu)美，凈空條件優(yōu)越，具有良好的區(qū)位優(yōu)勢。2011年廈門機場完成旅客吞吐量超1 500萬人次，居全國第11位。機場自2007年對飛機跑道道面進行了二次瀝青混凝土加鋪以來，道面承載能力下降，跑道端、聯絡道及平滑道等處局部出現沉陷、擁包、車轍等病害現象。經專業(yè)機構檢測分析，病害產生的主要因素系中下面層瀝青混凝土承載能力和抵抗流動性車轍的能力較差，應將改造的重點放在提高中下面層瀝青混合料彈性恢復能力與動穩(wěn)定度極限上。

2 研制目標

結合工程施工設計圖文件，通過科技創(chuàng)新自主研發(fā)具有優(yōu)異性能指標的高模改性瀝青及抗車轍性能突出的優(yōu)質瀝青混合料。主要提高的技術指標如下：

1）高模改性瀝青性能提高目標見圖1、圖2。

圖1 高模改性瀝青軟化點提高目標

圖2 高模改性瀝青彈性恢復提高目標

2）高模改性瀝青混合料動穩(wěn)定度提高目標見圖3。

3）高模量改性瀝青及混合料的其他性能指標均需符合國家現行規(guī)范標準和設計文件要求規(guī)定。

3 研制方案

1）高模改性瀝青的制備

在試制過程中選用各項性能指標較好的殼牌A級70#瀝青作為基質瀝青，使用嵌段比為4：6的星型SBS改性劑進行高模改性瀝青的制備。基質瀝青、普通SBS改性瀝青與高模量改性瀝青的主要技術指標詳見表1。

圖3 高模改性瀝青混合料動穩(wěn)定度提高目標

表1 基質瀝青、普通SBS改性瀝青及高模量改性瀝青主要技術指標

相對于嵌段比3：7的普通線型SBS改性劑的改性效果，嵌段比4：6的星型SBS改性劑賦予改性瀝青更高的材料強度和更好的彈性恢復能力。不過由于星型改性劑的特殊分子結構，在制備高模量改性瀝青的過程中應注意延長改性劑在基質瀝青中的溶脹時間并適當增加膠體磨的研磨遍數，以確保改性劑能充分熔入基質瀝青形成穩(wěn)定的高模量改性瀝青膠漿。

2）高模量改性瀝青混合料的配合比設計

在進行混合料配合比設計的過程中,筆者針對近年來廈門地區(qū)瀝青路面高溫車轍病害現象進行重點研究。通過對病害路面瀝青結構取樣分析,高溫車轍的多發(fā)是因為普通瀝青混合料均采用懸浮密實型結構，即：整個瀝青混合料中粗集料所占比例很少，大顆粒集料均懸浮在細集料和瀝青之間無法有效承受荷載壓力，導致該類型瀝青混合料雖然密實度較高，但穩(wěn)定度較差，在高溫下容易產生流動車轍變形。本次配合比的設計在依照民航規(guī)范的同時，較多參考了交通部的JTG F40-2004瀝青路面施工的相關規(guī)定，通過選用經反擊破工藝生產的玄武巖石材并增加了4.75mm以上骨料的用量，使粗集料在混合料中能相互嵌擠形成骨架，將瀝青混合料傳統的懸浮密實型轉變?yōu)楣羌苊軐嵭停谔嵘秊r青混合料穩(wěn)定度的同時也增強了瀝青路面結構的承載能力。另外考慮到飛機自重大、輪子少、應力集中等特點，在瀝青混合料的拌制過程中通過摻加一定比例的抗車轍劑來進一步提高道面瀝青結構層動穩(wěn)定度，有效防止車轍病害的產生。

3）高模量改性瀝青混合料的拌制

為保證瀝青混合料的質量，必須使用狀態(tài)良好的間歇式拌合機，嚴格按最佳油石比控制混合料中瀝青的含量，每批次混合料的油石比允許誤差應控制在-0.1%～+0.3%范圍內。拌合時間應能使集料所有顆粒被瀝青膠漿均勻包裹。混合料出廠時應顆粒均勻、色澤一致、無花白料、結塊或成團現象。瀝青混合料拌合及成型溫度范圍詳見表2。

表2 改性瀝青制備及瀝青混合料拌合溫度范圍

4 工程實施效果

在高崎機場飛行區(qū)病害瀝青道面改造工程的施工過程中，對批量制備出的高模改性瀝青及AC-20高模改性瀝青混合料進行了隨機取樣，重點針對瀝青的軟化點、彈性恢復以及混合料動穩(wěn)定度等指標進行檢測。試驗數據見表3。

高模量改性瀝青及其混合料的其他各項性能指標均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2004的規(guī)范要求。使用嵌段比為4：6的星型SBS改性劑來制備高模量改性瀝青用于瀝青混合料的生產，并在攪拌過程中添加一定比例抗車轍劑以提高混合料動穩(wěn)定度。

5 經濟效益分析

5.1 自主研發(fā)高模改性瀝青成本估算

1）原材單價

A級AH-70#進口殼牌基質瀝青單價為5 600元/噸。

S/B4：6的星型SBS改性劑單價為21 000元/噸。

2）自主研發(fā)的高模改性瀝青中每噸成本價格估算：

按每噸成品高模改性瀝青中使用5%SBS改性劑的投量計算，自主研發(fā)的高模改性瀝青材料價格為：

95%基質瀝青×5 600元/噸+5%特殊嵌段比SBS改性劑×21 000元/噸=6 370元/噸。

其他成本約占產品總成本的20%，即：6 370÷ 80%×20%=1 592.5元/噸。

自主研發(fā)高模改性瀝青每噸成本約為：6 370+1 592.5=7 962.5元/噸。

3）目前國內市場上成品高模改性瀝青的銷售價格為9 200元/噸。

因此，每使用一噸自主研發(fā)的高模改性瀝青就能節(jié)省材料成本約1 200元。另外由于自主生產高模改性瀝青，可以根據施工進度的實際混合料的需求，調整高模改性瀝青的制備數量，做到隨用隨制，有效避免了外購成品高模瀝青“使用一噸就必須加熱一罐”所帶來的不必要浪費,在節(jié)約了間接生產成本，提高了經濟效益的同時，也響應了國家關于節(jié)能減排的綠色環(huán)保政策。

6 結語

2013年夏季我國普遍出現超高溫天氣，全國多處機場瀝青混凝土跑道出現了不同程度的沉陷、車轍、擁包等高溫病害現象。但與2013年初完工的廈門高崎國際機場飛行區(qū)局部病害瀝青道面改造工程項目卻經受住了極端氣溫的考驗，改造后的飛行道面未出現任何高溫病害現象，有力保障了廈門空港航班的正常起降。

綜上所述筆者認為：將具有良好抗形變恢復和優(yōu)異抗車轍能力的高模量改性瀝青混合料，推廣運用于機場跑道、高速公路、城市主干道等重點工程項目,能有效減輕甚至避免高溫車轍病害的產生，在提高瀝青路面中下層結構承載能力的同時也延長瀝青混凝土路面的使用壽命，并進一步降低了瀝青路面的維修成本，為施工企業(yè)帶來巨大的經濟與社會效益。

[1]JTG F40—2004,公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[2]JTJ 052—2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[J].

[3]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京:人民交通出版社, 1999.