Thiopave溫拌改性瀝青在重載交通路面工程中的應(yīng)用研究

黃吉國(guó)，黃 蛟

（1．貴州省遵義公路管理局，貴州 遵義 563000；貴州省都勻公路管理局，貴州 都勻 558000）

0 引言

重載是工礦區(qū)、港口堆場(chǎng)和大型物流園區(qū)道路的主要交通特征。由于載荷重和交通流量大，對(duì)道路的損害嚴(yán)重，特別是在不利環(huán)境下路面首先被破壞，很難達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命，是公路部門必須研究攻克的一大難題。為此，作者所在的課題組依托貴州G210、G326及S205國(guó)省道改擴(kuò)建項(xiàng)目與養(yǎng)護(hù)工程，與宏福石化及殼牌（中國(guó)）有限公司北京試驗(yàn)中心合作，開展對(duì)這一課題的攻關(guān)，取得了非常顯著的成果。

課題組選擇了SEAM硫磺改性增塑劑對(duì)茂名普通90?；|(zhì)瀝青進(jìn)行改造，大幅提升了普通瀝青混合料的強(qiáng)度和高溫抗車轍能力，同時(shí)達(dá)到了溫拌施工和節(jié)能減排的要求，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益十分顯著，其低溫抗裂性能和抗水損害能力也得到一定提升。

1 HMA重載交通路面的主要破壞特征

通過(guò)對(duì)貴州山區(qū)普遍使用的熱拌瀝青混合料（HMA）路面破壞形式的調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，其在重載交通條件下的主要破壞形式有四種類型：

1．1 車轍破壞

這是一種在常溫特別是在高溫狀態(tài)下的破壞形式，屬于典型的疲勞變形破壞，一般與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系，主要與HMA的高溫穩(wěn)定性不足有關(guān)，通常發(fā)生在重交通的渠化路段，是礦區(qū)重載道路的主要破壞形式。

1．2 松散脫落

HMA在材料配合比與瀝青用量都滿足規(guī)范的前提下，發(fā)生上面層材料脫落、松散甚至脫皮現(xiàn)象，主要是超重車輛載荷與地表水共同作用的結(jié)果，特別是在急彎陡坡地段更容易發(fā)生此類病害，屬于典型的水損害破壞，與HMA抗水損害能力有關(guān)，是貴州山區(qū)重載交通道路又一主要破壞形式。

1．3 開裂脆斷

貴州山區(qū)國(guó)省道普遍采用水泥穩(wěn)定碎石基層，在該半剛性基層完好狀態(tài)下，面層出現(xiàn)開裂破壞，通常發(fā)生在溫度偏低的冬季，長(zhǎng)大縱坡與急彎路段是發(fā)生開裂脆斷的主要地方，這與HMA低溫變硬變脆、抗變形能力減弱等特性有關(guān)，也是貴州山區(qū)公路主要的破壞形式之一。

1．4 面層推移

面層推移一般發(fā)生在高溫的夏季，特別是在長(zhǎng)大縱坡和平交路段更容易發(fā)生，這主要是高溫使HMA變軟，造成路面板剛度不足或滑動(dòng)，通常表現(xiàn)為波浪、擁包等病害，這與HMA的高溫穩(wěn)定性和層間聯(lián)結(jié)有關(guān)，是山區(qū)公路常見(jiàn)的一種病害。

2 Thiopave瀝青混合料路用性能

2．1 高溫穩(wěn)定性

Thiopave瀝青混合料高溫穩(wěn)定性一般用馬歇爾動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)描述，通常通過(guò)車轍實(shí)驗(yàn)獲得。它反映瀝青混合料的高溫抗變形能力，是衡量其抗疲勞和耐久性能的重要指標(biāo)，關(guān)系到道路的使用品質(zhì)和使用壽命。對(duì)實(shí)驗(yàn)路段Thiopave瀝青混凝土進(jìn)行同步實(shí)驗(yàn)，其動(dòng)穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 Thiopave瀝青混凝土車轍檢測(cè)結(jié)果表

從表1可知，Thiopave改性瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度是普通瀝青混凝土的2倍，說(shuō)明SEAM改性劑的加入，大幅度提升了高溫抗車轍能力，其耐久性成倍增加。

2．2 低溫穩(wěn)定性

瀝青混合料低溫抗裂性是評(píng)價(jià)其路用性能的主要指標(biāo)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)小梁彎曲破壞應(yīng)變進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室同步檢測(cè)，其結(jié)果如表2所示。

表2 Thiopave瀝青混凝土低溫小梁抗彎性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從表2可知，Thiopave瀝青混凝土低溫抗裂性能與普通瀝青混凝土相當(dāng)（≤2%），說(shuō)明SEAM改性劑的加入，雖然增加了普通瀝青混凝土硬度和板體性，但對(duì)低溫脆性幾乎沒(méi)有影響。文獻(xiàn)［1］研究表明，要改善Thiopave瀝青混凝土低溫抗裂性能，只要將普通基質(zhì)瀝青改為SBS改性瀝青，就能得到很大的提高（＞35%）。

2．3 抗水損害能力

我國(guó)規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20－2011）規(guī)定，瀝青混合料抗水損害性能采用凍融劈裂強(qiáng)度比或浸水馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定的殘留穩(wěn)定度比來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本次僅對(duì)最佳油石比條件下的Thiopave瀝青混凝土及普通HMA浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度比進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 最佳油石比條件下的浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，Thiopave瀝青混凝土較普通瀝青混凝土抗水損害能力有所提高，但提高幅度在5%以下，即使使用的基質(zhì)瀝青為SBS改性瀝青，抗水損害性能也不會(huì)有很大改善。

3 Thiopave溫拌改性瀝青試驗(yàn)路鋪筑與效果評(píng)估

3．1 試驗(yàn)路原材料選定

試驗(yàn)路基質(zhì)瀝青選用茂名普通90＃石油瀝青，Thiopave改性瀝青選用殼牌有限公司生產(chǎn)的SEAM硫磺增塑改性劑通過(guò)參配獲得（35／65），粗細(xì)集料均選用當(dāng)?shù)仄毡槭褂玫氖沂庸ざ?，礦粉采用宏福集團(tuán)生產(chǎn)的磷渣超微粉，其物理性能見(jiàn)表4、表5。

3．2 Thiopave瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)石料場(chǎng)取樣篩分結(jié)果的分析，10～15mm與0～5mm兩檔料不符合規(guī)范要求。為此將三檔石料篩分為4檔石料，即將9．5mm篩余量作為1＃料，將4．75～9．5mm篩余量作為2＃料，將2．36～4．75mm篩余量作為3＃料，將2．36mm以下的石料作為4＃料。通過(guò)試配與調(diào)整，最后得到了AC－13瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)表，如表6、表7所示。

表4 集料及瀝青密度試驗(yàn)結(jié)果表

表5 Thiopave顆粒質(zhì)量技術(shù)要求表

表6 礦料配合比及油石比設(shè)計(jì)表

表7 級(jí)配設(shè)計(jì)組成結(jié)果表

3．3 實(shí)驗(yàn)路鋪筑

課題組依托養(yǎng)護(hù)中心在S205線福泉龍昌至營(yíng)定街段和G210線江西坡段鋪筑了3km試驗(yàn)路，隨后又在G210線遵義婁山關(guān)和G326線草鞋埡及鴨溪運(yùn)煤大道等國(guó)省道改造項(xiàng)目中推廣運(yùn)用。試驗(yàn)路分別鋪筑在低溫高寒、水損害嚴(yán)重、重載交通、長(zhǎng)大縱坡和急彎陡坡特征地段。Thiopave瀝青混合料上面層配合比按表6～7選用，厚度為4cm。

Thiopave溫拌瀝青混凝土與普通瀝青混凝土施工工藝相同，對(duì)設(shè)備沒(méi)有特別要求，僅在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度要求比普通HMA低20℃～30℃。一般重交瀝青溫度控制在135℃～145℃；熱料倉(cāng)骨料溫度控制在140℃～145℃；Thiopave瀝青混合料出料溫度控制在120℃～145℃。施工時(shí)由于有Thiopave改性劑加入，會(huì)產(chǎn)生少量SO2和H2S氣體，通常通過(guò)加入殼牌公司生產(chǎn)的除味劑W3（摻加量為Thiopave改性劑的2%左右）來(lái)消除異味。

試驗(yàn)段按照瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范完成后，分別進(jìn)行了厚度、平整度、密實(shí)度檢測(cè)和外觀鑒定，全部達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3．4 效果評(píng)估

試驗(yàn)路鋪筑完成后，分別于15d、60d、120d、240d、360d共五次進(jìn)行了外觀和病害檢查。其結(jié)果為：所有試驗(yàn)段路面平整、色澤均勻，無(wú)車轍變形，無(wú)松散脫落，無(wú)裂縫、無(wú)推移，路面泌水密實(shí)。工后2～4年繼續(xù)對(duì)試驗(yàn)段和推廣運(yùn)用的其它路段進(jìn)行跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)僅有重載交通的急彎陡坡路段在冬季局部面層有輕微的貧油和泛白現(xiàn)象，其余路段完好無(wú)病害。

通過(guò)對(duì)Thiopave瀝青混合料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其成本與普通HMA相當(dāng)，說(shuō)明其性價(jià)比高，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，由于施工溫度和出料溫度比普通HMA低20℃～30℃，具有溫拌特征，所以節(jié)能減排效果也非常明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

考慮工程實(shí)際與現(xiàn)實(shí)需要，通過(guò)一系列室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，經(jīng)大量分析研究得出以下基本結(jié)論：

（1）Thiopave溫拌改性瀝青用于重交通路面是有效可行的，它能增強(qiáng)路面板體性，特別是在高溫環(huán)境下能大幅度提高瀝青混合料的抗車轍和抗變形能力；

（2）Thiopave改性劑對(duì)普通基質(zhì)瀝青的低溫抗裂性和抗水損害能力改善不大，但也不會(huì)使其脆性性能變差；

（3）Thiopave瀝青具有溫拌特性，因此具有節(jié)能降耗、減少粉塵和碳排放的綠色環(huán)保效果；

（4）Thiopave瀝青混合料施工工藝與普通HMA相同，不需要專門設(shè)備，經(jīng)濟(jì)成本也與普通HMA相當(dāng)。

綜上所述，用Thiopave溫拌改性瀝青處治重載交通特殊路段，在技術(shù)上是有效的，經(jīng)濟(jì)上是可行的，環(huán)境上也是有保障的，因此具有很大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。