高模量瀝青混合料在高速公路養護工程中的應用分析

李劍波 肖雷

（1蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210022；2南京航空航天大學土木工程系，江蘇 南京 210016）

1 工程概況

寧高高速公路與機場高速公路、S102線相聯接，是南京市區連接溧水、高淳兩縣及蘇南、皖南地區的主要快速通道。寧高高速公路設計行車速度100km/h，雙向四車道，路基寬24.5m。由于過境交通量較大，而且重型貨車較多，原路面出現了較多的病害問題，因此需要對原路面存在病害嚴重的路段進行全面層厚度的單車道銑刨重鋪。

高模量瀝青混合料是提高重載交通瀝青抗車轍性能的一種主要技術途徑，可以顯著提升瀝青混合料的抗車轍性能[1]。通過對比多種加鋪方案，結合重型貨車較多的現實情況，最終確定采用上面層改性瀝青SMA-13（4cm）+中面層耐久性高模量瀝青混合料（8cm）+下面層乳化瀝青廠拌冷再生（7cm）的加鋪方案（如圖1）。

圖1 銑刨加鋪的路面結構圖

2 高模量瀝青混合料的配合比設計

當前，國內研究人員對于高模量瀝青混合料的性能要求和技術途徑上存在誤區，許多關于高模量瀝青混合料的研究都是基于高模量添加劑，而忽視了低標號瀝青應用[2]。法國高模量瀝青混合料大都采用低標號瀝青，而且應用效果也較好。因此，本文基于法國高模量瀝青混合料設計方法，對寧高高速公路養護工程應用的高模量瀝青混合料進行配合比設計。

2.1 原材料

高模量硬質瀝青母粒是中石化煉油銷售有限公司以重質原油為原料，采用常減壓蒸餾、溶劑脫瀝青、氧化、調和等工藝進行生產的。高模量瀝青由70#道路石油瀝青與高模量硬質瀝青母粒按7∶3配置而成。瀝青及高模量硬質瀝青如前所述，瀝青及各種集料、礦粉的性能檢測指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的要求。

2.2 級配選擇及油石比確定

依據法國瀝青混合料設計理念，優選一個級配進行旋轉壓實，確定混合料的壓實特性。耐久性高模量瀝青混合料膠結料用量通過豐度系數K控制，要求豐度系數K＞3.4[3]。瀝青用量取決于級配，根據設計級配確定出各個系數。在進行旋轉壓實試驗之前，首先需要根據粘溫曲線確定混合料的拌合和壓實溫度，拌和溫度為172℃，壓實溫度163℃[4]。高模量瀝青混合料的級配見表1。

當油石比為5.4%時，豐度系數K=3.41＞3.4，即5.4%的油石比可以滿足豐度系數K的要求，可作為施工油石比。根據法國瀝青混合料旋轉壓實技術要求進行旋轉壓實試驗，試驗結果匯總如表2所示。

根據旋轉壓實結果，結合工程經驗，選擇5.4%的油石比進行混合料施工。以室內研究結論為基礎，對耐久性高模量瀝青混合料生產配合比進行了調試和相關試驗驗證，最終確定生產配比結果見表3。

表1 礦料級配

表2 旋轉壓實試驗結果

表3 熱料倉比例及設計油石比

3 高模量瀝青混合料的應用

高模量瀝青混合料采用間歇式拌合樓，平均產量為200t/h，每盤混合料設定濕拌時間為45s，總生產周期平均為72s左右。集料加熱溫度為180℃，基質瀝青加熱溫度150℃。高模量硬質瀝青母粒采用人工投放的方式進行添加。每盤料中，70#道路石油瀝青添加量為145kg，高模量硬質瀝青母粒投放量為21kg/袋╳3袋=63kg，70#道路石油瀝青與高模量硬質瀝青母粒的質量比為2.30∶1，與設計值7∶3=2.33∶1較為接近。

攤鋪時采用兩臺VOLVO攤鋪機進行梯隊攤鋪，攤鋪機間距小于3～8m，搭接寬度25cm左右，攤鋪速度為1.5～2m/min，攤鋪溫度在165℃以上，松鋪系數為1.15，鋪面外觀較為均勻。

耐久性高模量瀝青混合料的碾壓分為初壓、復壓、終壓，初壓采用兩臺雙鋼輪（另一臺備用）緊跟攤鋪機碾壓，前靜后振2遍；復壓采用膠輪靜壓4遍，最后鋼輪終壓1～2遍收光。初壓溫度基本控制在150℃左右，復壓溫度控制在130℃左右，終壓溫度控制在110℃左右。

耐久性高模量瀝青路面施工完成后，對路面滲水情況、厚度及壓實度等指標進行檢測，測試結果見表4和表5。

由表4的測試結果可知，耐久性高模量瀝青混合料外觀均勻密實，無明顯離析，而且滲水量較少，這是由于耐久性高模量瀝青混合料設計空隙率較小，故路表滲水結果表明滲水系數比一般混合料均較小。此外，路面的厚度和壓實度均能滿足相關的技術要求。

表4 試驗路滲水檢測結果

表5 路面芯樣高度及壓實度檢測結果

4 高模量瀝青混合料的經濟性分析

以摻加添加劑形成的高模量瀝青混合料，由于應用了SBS改性瀝青和抗車轍添加劑，導致高模量瀝青混合料的造價過高，影響了高模量瀝青混合料的推廣應用，而采用70#道路石油瀝青與高模量硬質瀝青母粒配制的高模量瀝青混合料具有一定的價格優勢[5]。對耐久性高模量混合料、摻添加劑的普通瀝青Sup20混合料、改性瀝青Sup20混合料的工程造價進行分析，如表6所示。

表6 高模量瀝青混合料的經濟性分析

由表6可知，三種混合料均使用石灰巖集料，考慮相應的瀝青價格和油石比、添加劑的差異以及生產成本上的不同，費用分析結果表明：摻添加劑的普通瀝青Sup20混合料受添加劑價格的影響造價最高，耐久性高模量混合料和改性瀝青Sup20混合料價格受瀝青價格波動有一定影響，但二者造價差別較小。

5 結語

高模量瀝青混合料可顯著提升瀝青路面的高溫穩定性，減少和延緩路面車轍病害的發生，在道路養護工程中的應用越來越多。單純采用添加劑的高模量瀝青混合料造價較高，影響了高模量瀝青混合料的推廣應用，可以考慮采用低標號瀝青制備，參考法國高模量瀝青混合料設計方法進行配合比設計。