公路養護中高模量瀝青改性劑的應用

李文海

(甘肅省定西公路局安定公路段，甘肅 定西 743000)

1 引言

為了行車舒適以及降低噪音，瀝青路面應用較為廣泛[1]。作為一種連續式無縫路面類型，在保證了路用性能的同時，也會出現一些缺點，例如高溫條件下受力性能較低，使得瀝青路面壽命較短。在瀝青公路的路面上，最為常見的一種損害形式是車轍。公路路面在汽車重復荷載的作用下[2]，由于碾壓形成了變形。為了保證公路的通行不受到影響，定期的公路養護是不可缺少的。公路養護重點面向存在損壞的區域完成修復工作，以及對公路總體的保養[3]。當前很多公路開始采用高模量瀝青改性劑進行養護，使得路面具有抗變形的效果。高模量瀝青改性劑是一種在特定工藝作用下，高分子聚合物及助劑結合形成的。高模量改性瀝青是指通過添加改性劑之后，與普通改性瀝青相比勁度模量有較大幅度提高的改性瀝青。這種化合物是通過螺桿擠出機，將聚丙烯、橡膠、抗氧化劑等成分混煉而成的[4]。高模量改性瀝青應用與存儲都比較方便，更加適宜公路養護工程[5]。文中對公路養護中高模量瀝青改性劑的應用進行了研究，希望可以提升公路的受力性能。

2 使用高模量瀝青改性劑的必要性

第一，瀝青路面在使用過程中受多種因素影響產生病害是十分常見的現象，其中，最為常見的問題就是夏季溫度過高時，瀝青路面吸熱較快，使得瀝青軟化，路面行車受限，會出現路面下陷或邊緣隆起的問題，也會在路面中碾壓出車轍，影響路面的美觀性；第二，當瀝青路面出現車轍時，也會伴隨擁包現象，擁包產生原因較多，但瀝青軟化點降低是根本原因；第三，當瀝青路面發生性狀變化時，不僅會影響行車安全，也會影響后期的公路養護，間接導致其他路面問題。究其根本原因，瀝青路面常見病害與瀝青路面受熱有關，瀝青路面受溫度影響較大，溫度驟降會使得瀝青路面變硬變脆，出現回縮變形的問題，但溫度過高也會使得瀝青材料發生形變，承重能力下降，因此在瀝青中加入高模量改性劑，希望提高材料的穩定性，優化路面的使用性能。

3 高模量瀝青混合料應用配比分析

確認高模量瀝青改性劑具有良好的性能后，以公路養護為目標，分析合理的高模量瀝青混合料應用配比。首先選擇基礎的基質瀝青，選用石灰巖作為集料材質，并依據國家標準將集料篩分成不同檔次的標準材料。采用AC-20作為混合料的目標級配。為了保證材料結構的密實程度較好，對集料產生的嵌擠作用進行加強，將篩孔尺寸為0.3 mm以下，以及4.5 mm以上的集料的通過率適當降低，合理增加中間粒徑集料的含量，具體的級配曲線如圖1所示。

圖1 AC-20目標級配曲線

此外，為了確保材料配比中瀝青的最佳用量，依據已有的施工規范條例，采用馬歇爾試驗法確定具體的數據。實驗過程中按照估計的油石比、相較預估油石比增加0.1%、相較預估油石比增加0.5%、相較預估油石比減少0.1%、相較預估油石比減少0.5%這五種情況分別做成五組實驗應用的樣品。每種樣品數量保持在3～6個，放置定型后脫模測試，將每組樣品的馬歇爾穩定度、相關參數等記錄。將油石比設為坐標橫軸，獲取的物理力學參數作為縱軸可以呈現出一個變化曲線[6]。以該曲線作為依據得出瀝青用量范圍。通過平均值的計算，得到最佳油石比。應用馬歇爾試驗獲取的混合料口標孔隙率為3.2%，最佳油石比為4. 3 %，外摻摻配比例為0. 6%，毛體積密度2. 485 g/cm3，理論密度、飽和度、礦料間隙率的數值如表1所示。

表1 馬歇爾試驗數據

將集料進行加熱處理，再將加熱后的物料與改性劑混拌均勻，并依次加入瀝青、堿性石料礦粉等物質，并充分混拌均勻。這種工藝下形成的混合料與以往相比溫度有將近10 ℃的提高。

應用高模量瀝青改性劑按照配比形成瀝青混合料，公路養護中混合料使用后，會形成一層保護膜，由此形成三層膜保護結構，分別為瀝青膜、高聚物膜、瀝青膜。再加上溫度與外力的影響，膜結構之間相互滲透，高聚物與瀝青混合使得混合物合金化。未有滲透現象出現的位置，高聚物會自動聚集在一起，通過交織的形式搭建起內橋，為石料之間的空隙起到填補作用。避免了石料顆粒的移動與路面的變形。高模量瀝青改性劑對于公路的養護，提高了路面的穩定性、強度。由此看出，加入高模量瀝青改性劑可以有效改變瀝青性能，包括了物理、化學兩個方面。最終實現了路面性能的提升。

4 對比實驗

為了保證文中的研究結果的準確性，特進行公路受力性測試。采用車轍試驗的方式對道路的受力狀態進行模擬。為了保證公路受力性實驗的準確性，分別將實驗溫度保持60 ℃與70 ℃兩種條件下。通過對車轍接地壓強的改變，記錄碾壓后公路變形情況，從而明確高模量瀝青改性劑應用后，公路受力性能的變化。為了保證實驗結果具有說服力，除了文中分析的高模量瀝青改性劑之外，選擇傳統的SBS改性瀝青和RK改性瀝青對公路進行養護，測試三種方式應用后的公路受力性能。

4.1 溫度為60 ℃條件下公路變形結果

在60 ℃條件下，伴隨著車轍接地壓強的增加，公路變形量情況如圖2所示。

通過圖2可以發現，隨著壓強的不斷增加，公路變形量處于不斷增長的趨勢。文中所述的高模量改性瀝青方式養護的公路，變形量從1.02 mm增長至3.47 mm。而其余兩種改性瀝青養護后的公路變形更加明顯，當壓強為0.5 MPa時，SBS改性瀝青和RK改性瀝青養護的公路變形量分別為2.10 mm、2.54 mm；當壓強增長至3.0 MPa時變形量增加至12.54 mm、13.98 mm。因此，可以得出結論，應用高模量瀝青改性劑的效果優于其他兩種方式。

圖2 60 ℃條件下公路變形量結果

4.2 溫度為70 ℃條件下公路變形結果

在70 ℃條件下，公路變形量情況如圖3所示。

圖3 70 ℃條件下公路變形量結果

通過圖3可以得出結論，70 ℃條件下的公路變形量高于60 ℃條件下。當壓強為3.0 MPa時，高模量改性瀝青養護后的公路變形量為4.76 mm，其余兩種方式變形量高達20.59 mm、25.69 mm。綜上所述，公路養護中高模量瀝青改性劑的應用可以有效降低變形量，提升公路受力性能。

5 結語

以高模量瀝青改性劑為研究對象，分析了其在公路養護中的應用。通過本文的研究明確了高模量瀝青改性劑性能、以及應用過程中的配比，更好地促進了公路路面的各方面性能提升。但是由于時間的限制，文中研究還不夠深入，未來將會進一步研究。