改性瀝青材料在高速公路施工中的運用

夏勇軍

(廣西河百高速公路有限公司，廣西 巴馬 547500)

0 引言

有研究表明，瀝青材料軟化點、延度和針入度等性能指標會受SBS含量影響[1]。據此，本文擬通過試驗研究法[2]，結合瀝青三大指標實驗結果，觀察、分析SBS改性劑含量的增加，對瀝青針入度、延度和軟化點三大指標的影響，以此制定科學的SBS改性瀝青設計、制備與施工方案，以期提高高速公路施工可行性與可靠性。

1 工程概述

本工程為某高速公路路面工程(部分區段)，全長70 km。工程所在區域自然環境惡劣，晝夜溫差較大，全年最高、最低溫差相差58 ℃。本高速公路預計日交通量為15 000輛。因此，容易在路面出現高溫車轍和低溫裂縫等施工病害。對此，為了提高施工質量，本工程施工前，在現場進行了瀝青三大指標試驗，經論證評估，最終決定采用SBS改性瀝青材料進行路面施工。詳細工程施工技術指標如下：

(1)本高速公路主線車道為雙向六車道，設計時速為80 km/h。

(2)本公路路面基層和底基層分別為水穩碎石(1 872 500 m2)和石灰穩定土(193 550 m2)，層厚分別為20 cm和40 cm；公路面層為3層瀝青混凝土結構，上面層為SBS改性瀝青混凝土；三層厚度至下而上分別為4 cm、5 cm與6 cm。

(3)本公路瀝青混凝土上、中、下面層三層工程量分別為1 824 200 m2、1 831 550 m2與1 845 200 m2。

2 改性瀝青材料在高速公路施工中的運用分析

2.1 SBS改性瀝青配置

基于改性瀝青材料的性能優勢，本高速公路工程現場施工時，通過經濟性與合理性評估，選擇AH90基質瀝青進行作業，摻入5%的SBS改性劑，現場制備瀝青施工材料。

(1)粗集料現場配置

現場制備選用的粗集料為有棱角且粗糙、質地堅硬的優質石料。通過嚴格控制粗集料中扁平顆粒的含量，按照材質與粒徑規格分開堆放所有粗集料，以免材料被混。在存儲粗集料時，要采取保護措施保證其干凈。

(2)細集料現場配置

為了提高瀝青混合料的高溫穩定性，要采用機制砂。儲存細集料時，為了防止混合料整體性能受到影響，要通過防雨措施降低細集料的濕度。

(3)填料現場配置

本工程選用的填料為石灰石礦粉，保證其細度和親水系數分別<75%和<1；為了防止施工填料受到污染，應將其干燥、潔凈地保存于填料儲存室，嚴禁使用受潮結塊的填料，油石比控制在5%左右為宜。

2.2 SBS改性瀝青施工分析

(1)改性瀝青材料運輸

材料運輸時，要采用15 t以上的大噸位自卸式卡車，車廂不得漏料或漏油。為了保證溫度，運輸時要加蓋苫布或棉被，結合拌合站車速、運輸距離和日拌能力確定拌合數量；出廠運送時，要采用熱電偶溫度計測試出廠溫度；現場施工時還要復測，現場待卸料車應≥5輛。

(2)改性瀝青材料攤鋪

攤鋪作業時，首先應徹底清掃作業面，然后灑粘層油(0.3 L/m2為宜)；攤鋪作業要連續、穩定，使用兩臺攤鋪機成梯隊作業，保證高速公路路面平整。現場攤鋪作業速度要結合拌合站產量和現場情況加以確定，一般為2～3 m/min；攤鋪后要通過移動式自找平基準測量裝置控制路面平整度。因普通瀝青混凝土系數要小于SBS改性瀝青材料壓實系數，故需結合試驗結果確定試驗段松鋪系數。同時，要在攤鋪作業時，隨時檢查路拱橫坡和路面厚度。攤鋪時要將混合料溫度控制在160 ℃～180 ℃之內；若溫度≤140 ℃，則不得施工。改性瀝青混合料的施工溫度控制標準見表1：

表1 改性瀝青混合料的施工溫度控制標準表

(3)改性瀝青材料碾壓

壓路機緊隨攤鋪機進行作業，壓實速度控制在4～5 km/h之間即可。為了有效消除碾壓接頭輪跡及確保碾壓速度均衡，可適當扭彎碾壓終點與起點。碾壓過程中，不得在新鋪的混合料中掉頭或轉向。壓實后，要對路面壓實度進行鉆孔檢測。改性瀝青材料碾壓施工質量參數控制標準見表2：

表2 改性瀝青材料碾壓施工質量控制參數表

(4)改性瀝青材料接縫處理

聯合攤鋪下產生的縱向裂縫，在前部機攤鋪部分留適當的寬度，以作后部機的高程基準面，不碾壓；預留寬度控制在10～20 cm之內即可。在此基礎上，最后再進行熱接縫跨縫碾壓，以消除縫隙；同時，可采用鋸縫機將橫向接縫割齊、鏟除、沖凈；最后，涂抹適量粘層瀝青，并采用鋼輪壓路機橫向壓實[3]。

3 改性瀝青材料在高速公路施工中的運用效果分析

基于瀝青改性機理，本工程施工后，在現場進行了瀝青針入度、延度和軟化點試驗。在AH90基質瀝青中分別加入不同劑量的SBS改性劑，然后按照現行瀝青試驗相關技術要求，對SBS改性瀝青材料總體性能進行測試、對比，結果見表3：

表3 瀝青三大指標試驗結果表

從表3試驗結果數據變化情況可以看出，隨著SBS改性劑含量不斷增加，AH90基質瀝青的綜合性能逐漸提高。與此同時，為了保證公路施工中的各項質量指標符合我國現行《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG-F40-2004)，提高瀝青材料的路用性能，本工程還在施工現場進行了馬氏試驗[4]，結果如表4所示：

表4 瀝青馬氏試驗結果表

通過表4試驗結果可以看出，SBS改性瀝青混合材料除了具有很好的低溫抗裂性之外，還有良好的高溫穩定性。隨著改性瀝青材料不斷增多，AH90基質瀝青的綜合路用性能也在不斷增強。

對比分析結果表明，SBS是一種由單體苯乙烯和二烯通過陰離子聚合形成的嵌段共聚物，其在低溫條件下不僅不會變脆，且在高溫環境下更不會軟化。隨著基質瀝青中SBS物質的均勻分散，其會破壞原有瀝青材料的膠體結構。在此過程中，瀝青材料中的芳烴與膠質會被SBS吸附，最終會導致瀝青溶脹，由此會在瀝青中形成一個新的富有彈性的網絡和膠體結構，進而改善公路瀝青材料的總體施工性能。

4 結語

綜上所述，改性瀝青材料具有良好的路用性能，本研究在高速公路現場施工中，分別進行瀝青三大指標(針入度、延度和軟化點)試驗。研究結果表明，隨著SBS改性劑含量不斷增加，AH90基質瀝青的綜合性能逐漸提高。同時，馬氏試驗結果進一步表明，隨著改性瀝青材料不斷增多，AH90基質瀝青的綜合路用性能也在不斷增強。據此，結合這一試驗結果，本高速公路工程分別經過材料運輸、材料攤鋪、材料碾壓和接縫處理，有效提高了工程施工質量，縮短了施工周期，延長了公路使用壽命。