瀝青改性劑在混凝土路面加固施工中的應用

杜鳳

摘 要：為提升瀝青混凝土路面施工質量，研究瀝青改性劑在混凝土路面加固施工中的應用。以某高速公路為例，選取70#基質瀝青為原料，添加不同摻量的Sasobit和SBS瀝青改性劑，制作改性瀝青和改性瀝青混合料。選取針入度、延度、軟化點、高溫穩定性能、低溫抗裂性能和水穩定性為測試指標，驗證不同Sasobit和SBS瀝青改性劑摻量下改性瀝青的性能。實驗結果表明：摻入Sasobit和SBS改性劑后，改性瀝青在15℃、25℃、30℃溫度范圍內的硬度增加，抗變形能力變強;溫度敏感性降低;高溫抗變形能力增強;改性瀝青混合料強度、極限應變和變形能力增強;抗車轍能力、低溫抗裂性、水穩定性提升。Sasobit瀝青改性劑在針入度降低方面和馬歇爾穩定度提升方面優勢顯著;SBS瀝青改性劑在改善延度、提升路面高溫性能、動穩定度和低溫抗裂性方面優勢顯著。

關鍵詞：瀝青;改性劑;混凝土;路面加固施工;改性瀝青

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）08-0187-06

Application of Asphalt Modifier in Concrete Pavement Reinforcement Construction

Du Feng

（Sichuan Vocational and Technical College of Communications， Chengdu 611130， China）

Abstract：In order to improve the construction quality of asphalt concrete pavement， the application of asphalt modifier in concrete pavement reinforcement construction is studied. Taking an expressway as an example， 70# base asphalt was selected as raw material， and Sasobit and SBS asphalt modifier with different contents were added to produce modified asphalt and modified asphalt mixture. Penetration， ductility， softening point， high temperature stability， low temperature cracking resistance and water stability were selected as test indexes to verify the performance of modified asphalt with different Sasobit and SBS modifier contents. The experimental results show that： with the addition of Sasobit and SBS modifier， the hardness of modified asphalt in the temperature range of 15℃， 25℃ and 30℃ increases， and the deformation resistance increases; the temperature sensitivity decreases; the high temperature deformation resistance increases; the strength， ultimate strain and deformation energy of the modified asphalt mixture are enhanced; the rutting resistance， low temperature crack resistance and water stability are improved. Sasobit asphalt modifier has significant advantages in penetration reduction and Marshall stability improvement; SBS asphalt modifier has significant advantages in improving ductility， improving pavement high temperature performance， dynamic stability and low temperature crack resistance.

Key words：Asphalt; Modifier; Concrete; Pavement reinforcement construction; Modified asphalt

0 引言

瀝青混凝土路面出現重載、超載現象越發的明顯[1]，加上受氣候因素的影響，瀝青混凝土路面的車轍、開裂狀況不斷發生，汽車行駛在這種路面情況較差的瀝青混凝土公路上，會出現顛簸現象，導致車內人員的舒適度降低;嚴重時甚至會出現交通事故，造成生命危機[2，3]。因此，提升瀝青混凝土路面施工質量是保障人們行駛過程中舒適度和安全性的前提。

目前在瀝青混凝土路面加固工程中，一般采用添加瀝青改性劑提高瀝青混凝土路面的使用壽命和行車質量[4]，結合國內外研究結果，添加改性劑后的改性瀝青可使瀝青混凝土路面的高溫穩定性和低溫抗裂性得到相應提升，但由于瀝青和改性劑種類繁多，并且各地區施工條件、對路面的行駛要求及氣溫變化等因素不同[5]，為此，將本地實際條件與《瀝青路面施工技術規范》相結合進行改性瀝青混凝土路面施工研究。Sasobit（沙索必德）改性劑作為一種新型聚烯烴類瀝青改性劑，具有易攪拌、難離析等特點。SBS（Styrene-Butadiene-Styrene）改性劑屬于苯乙烯類熱塑性彈性體，具備耐高溫、抗低溫能力強、抗車轍能力強、彈性及韌性佳等優勢。本文通過將Sasobit改性劑、SBS改性劑添加到某高速公路混凝土路面加固工程中，驗證瀝青改性劑在混凝土路面加固中的作用。經試驗驗證發現瀝青改性劑的添加提高了改性瀝青的各項基本性能及抗車轍能力，使瀝青混凝土路面的加固得到顯著效果。

1 材料方法

1.1 研究區概況

以某高速公路為例，其公路全長為43.2km，沿線共有7座大橋、5座中橋、10座小橋、3座高架橋、4處隧道，計劃投入資金12.46億元人民幣。現對該高速公路路面實施混凝土路面加固工程，按照該工程提出的工期計劃，結合考慮基層、底層施工驗收進度、現場施工天氣影響及工程隊施工技術力量、配置機械設備等情況，計劃130d完成該高速公路路面混凝土路面加固。

1.2 試驗方案

目前我國現行規范一般基于瀝青的物理性能對瀝青分類，通過測量瀝青針入度、延度、軟化點等評價瀝青性能[6，7]，采用電動馬歇爾成型儀，對Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及基質瀝青混合料進行馬歇爾對比試驗，測試3種混合瀝青的穩定度及抗車轍能力。采用凍融劈裂試驗驗證改性瀝青混合料的水穩定性能。

1.3 試驗材料

（1）粗集料：選取堅韌、粗糙有棱角的石料[8]，本工程粗集料采用施工現場地區石場的砂巖碎石制作，破碎機為錐式碎石機。

（2）細集料和填充料：干凈、無風化、顆粒級符合施工要求的機制砂為細集料[9]，礦粉采用施工現場地區生產的干燥、干凈的袋裝礦粉。

（3）選用符合《公路瀝青路面施工技術規范》 [10] 70#瀝青作為基質瀝青;瀝青改性劑選取SBS改性劑、Sasobit改性劑，均采購于上海彩瑄建材科技有限公司;膠溶劑型號為MBA-3，采購于佛山市萬化科技有限公司。基質瀝青性能指標測試結果如表1所示。

1.4 物料制備方法

為準確地評價不同摻入量的Sasobit和SBS改性瀝青對混凝土路面施工加固性能的提升[11]，分別按3%、4%、5%、6%的摻入比例對Sasobit和SBS改性瀝青進行配制（摻入百分比按Sasobit和SBS改性劑質量和基質瀝青質量的百分比計算）。

1.4.1 改性瀝青制備

將基質瀝青升溫至140℃，將不同比例的Sasobit改性劑依次投進基質瀝青，經過30min簡單機械攪拌，使Sasobit改性劑在基質瀝青中均勻分布[12，13]，得出Sasobit改性瀝青。

取膠溶劑和SBS改性劑，經加熱攪拌后得出SBS膠漿母液，基質瀝青應升溫至200～300℃，將SBS膠漿母液加入基質瀝青中攪拌至二者發生化學反應，得出SBS改性瀝青。

1.4.2 改性瀝青混合料制備

基質瀝青混合料的制備方法按照《公路瀝青路面施工技術規范》規定進行配制。

采用“干法”拌和，將不同比例的Sasobit改性劑依次投入基質瀝青，拌和60s，加入預定量的瀝青[14，15]，拌和90s，然后加入礦粉，繼續拌和60s，得出Sasobit改性瀝青混合料。

結合Sasobit改性瀝青混合料的制備方法，在混凝土路面施工中考慮上面層集料吸水率偏高，將SBS改性瀝青混合料總拌和時間增至270s。

2 試驗

2.1 針入度

隨著工程建設的快速發展，經過多次實際操作研究發現評價瀝青性能的最重要指標是瀝青的感溫性，瀝青針入度作為瀝青感溫性最具代表性的指標，其指標的高低對瀝青路面的高溫穩定性和低溫抗裂性有很重要的影響。試驗取不同比例摻量的Sasobit改性瀝青、SBS改性瀝青與基質瀝青分別在15℃、25℃、30℃溫度下進行針入度測試，不同SBS摻量下瀝青針入度測試結果如圖1所示。

不同Sasobit摻量下瀝青針入度測試結果如圖2所示。

由圖1、圖2可知，3種不同溫度下，摻入Sasobit和SBS改性劑后的改性瀝青針入度都低于基質瀝青針入度，且隨著Sasobit和SBS改性劑的摻入比例增加，針入度下降。以30℃為例進行分析，當SBS改性劑摻量為3%、4%、5%、6%時，SBS改性瀝青針入度分別是基質瀝青的83%、68%、65%、56%;當Sasobit改性劑摻量為3%，4%，5%，6%時，Sasobit改性瀝青針入度分別是基質瀝青的68%，56%，50%，45%，兩種改性瀝青的針入度比基質瀝青針入度均有明顯下降，同時Sasobit改性瀝青的針入度降低情況優于SBS改性瀝青針入度。結果表明摻入Sasobit和SBS改性劑后的改性瀝青在15℃、25℃、30℃溫度范圍內的硬度增加，抗變形能力變強，路用性能得到提高，且Sasobit改性瀝青優于SBS改性瀝青。

不同Sasobit和SBS摻量下瀝青針入度指數測試結果如圖3所示。

由圖3可知，Sasobit改性瀝青和SBS改性瀝青的針入度指數PI均大于基質瀝青，未摻入改性劑的基質瀝青針入度指數一直在負數值-0.7左右，隨著Sasobit和SBS摻入量增加，PI值一直向正數值方向逐漸升高，結果表明摻入Sasobit和SBS改性劑后使瀝青的溫度敏感性降低，瀝青的感溫性得到改善，且Sasobit改性瀝青的瀝青感溫性改善效果好于SBS改性瀝青。

2.2 延度

有研究表明混凝土路面的使用性能與瀝青的延度有關，由此瀝青延度作為評價瀝青低溫性能的重要指標，延度越高，瀝青韌度越高。分別在5℃和15℃兩個溫度下，以5cm/min的速度將Sasobit和SBS改性瀝青、基質瀝青拉伸至斷裂，測量3種瀝青的延度（mm）。不同Sasobit和SBS摻量下瀝青延度測試結果如圖4所示。

從圖4可知，在5℃試驗溫度下，摻入Sasobit改性劑后，瀝青延度先增加后下降，在15℃試驗溫度下， Sasobit改性劑用量增加時瀝青延度下降，說明Sasobit改性劑應該根據實際情況合理配比使用;在5℃和15℃試驗溫度下，隨著SBS改性劑用量越大瀝青延度越高，并在摻量為2%時，延度就高于基質瀝青延度，表明SBS改性瀝青的韌度比基質瀝青高。SBS改性劑對瀝青延度的改善優于Sasobit改性劑。

2.3 軟化點試驗

混凝土路面瀝青高溫性能通過測量瀝青軟化點進行衡量，軟化點高的瀝青抗高溫性能較好。采用環球法測量Sasobit和SBS改性瀝青及基質瀝青軟化點，不同Sasobit和SBS摻量下瀝青測試結果如圖5所示。

由圖5可以看出，隨著Sasobit和SBS改性劑摻量增加，改性瀝青的軟化點也隨著增加，并且兩種改性瀝青的軟化點均比基質瀝青軟化點高，當Sasobit和SBS改性劑摻入量達到5%時，Sasobit改性瀝青、SBS改性瀝青的軟化點分別比基質瀝青軟化點分別提高了80%、84%，結果表明Sasobit和SBS改性劑的添加使瀝青的高溫性能得到提升，高溫抗變形能力增強，且SBS瀝青改性劑的高溫性能提升優于Sasobit瀝青改性劑。

2.4 瀝青高溫穩定性測試

瀝青混合料的重要指標包含瀝青的高溫穩定性，混凝土路面在氣溫較高時抵抗車轍變形能力受瀝青高溫穩定性影響，瀝青高溫穩定性越高，抵抗車轍變形能力越強。

2.4.1 馬歇爾穩定度測試

采用電動馬歇爾成型儀對不同摻入比例的Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及基質瀝青混合料進行馬歇爾試驗，測試3種瀝青混合料的穩定度，測試結果如表2所示。

由表2可以看出，Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度均高于基質瀝青混合料。隨著Sasobit改性劑摻入量增加，Sasobit改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度增加;SBS改性劑按3%和4%的比例摻入時，SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度低于基質瀝青混合料，但隨著摻入量逐漸增加，SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度逐漸增加。結果表明隨著Sasobit改性瀝青和SBS改性瀝青摻入量增加，混合料的強度逐漸增加，此時混合料的穩定性能高于基質瀝青混合料;摻入同等比例的改性劑時，加入Sasobit改性劑的瀝青混合料馬歇爾穩定度優于SBS改性劑。

2.4.2 高溫抗車轍能力

瀝青混合料的高溫性能采用車轍試驗方法測試，此試驗方法根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》 JTGE20—2013進行，在試驗溫度為60℃的試驗條件下，保溫時間超過5h后，測定3種瀝青混合料動穩定度，以此評價瀝青混合料抗高溫變形能力。Sasobit改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料與基質瀝青混合料車轍試驗結果對比如表3和圖6所示。

由表3和圖6可以看出，按不同比例摻入Sasobit改性劑和SBS改性劑后，Sasobit改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的動穩定度均高于基質瀝青。Sasobit改性瀝青混合料的動穩定度呈上升趨勢，整體上升態勢平穩;SBS改性瀝青混合料的動穩定度高于Sasobit改性瀝青混合料，當SBS改性劑摻量達到4%時，該改性瀝青混合料的動穩定度已接近基質瀝青的動穩定度的3倍，說明SBS改性劑可以有效降低瀝青混合料的流動變形，且SBS摻量越大，效果越明顯。綜上，Sasobit改性劑和SBS改性劑的添加，使瀝青混合料的高溫性能提升，混凝土路面的抗車轍能力提升。

2.5 低溫抗裂性

在天氣寒冷的季節，受低溫影響，瀝青混合料的極限強度低于其溫度應力，導致瀝青混凝土路面容易出現低溫開裂現象，瀝青混凝土路面是柔性路面，其路面質量受它的剛度影響（也就是抵抗變形的能力—彎拉應變）。采用低溫彎曲試驗方法，在試驗溫度為10℃，加載速率為60mm/min時，對Sasobit和SBS改性瀝青混合料與基質瀝青混合料進行測試，測試結果如表4所示。

由表4可知，隨著Sasobit和SBS摻量增加，Sasobit改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應變值均高于基質瀝青混合料，其中SBS改性瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應變值提升效果較好。說明改性劑添加增強了混合瀝青的極限應變和變形能力，瀝青混凝土路面的低溫抗裂性得到提升，SBS改性劑對提升瀝青混凝土路面的低溫抗裂性具有顯著優勢。

2.6 水穩定性測試

目前我國有很多地區一到雨季時，該地區瀝青混凝土路面的水損壞情況仍然很嚴重，主要是石料和瀝青的粘附性不足，致使瀝青混凝土路面松散、剝落現象發生。為此，采用凍融劈裂試驗對不同Sasobit和SBS摻量下瀝青混合料的凍融劈裂強度進行測試，測試結果如表5所示。

由表5可以看出，Sasobit和SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度高于基質瀝青混合料，隨著Sasobit和SBS摻量增加，兩種改性瀝青的凍融劈裂強度繼續增加，當改性劑摻量達到5%時，SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比達到99.9%，Sasobit改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比為98.1%。結果表明兩種改性劑的添加使瀝青的水穩定性提高，其中SBS改性劑的效果更好。雨水較多地區建議使用瀝青改性劑對混凝土路面實施加固處理。

3 結論

文章以Sasobit和SBS改性劑為例，通過試驗驗證瀝青改性劑的添加使基質瀝青的針入度、延度、高溫穩定性、低溫抗裂性等性能得到明顯改善，改性劑的添加比例不同，產生的效果也不同，實際施工要結合多方面因素考慮，按照實際施工情況制定瀝青改性劑的添加比例，發揮添加瀝青改性劑后的最優性能，使瀝青混凝土路面的整體加固質量得到提升。

接下來我們應該把研究的重點放在對于不同路況、不同條件下的詳細分析，并加強添加瀝青改性劑后的瀝青混凝土路面的日常養護方法，使瀝青混凝土路面的使用性能可以長期保持并發揮其最大優勢。

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