瀝青路面大修養護工程改性瀝青混合料原材料及性能實驗研究

劉春霞

摘 要：為解決某瀝青路面項目試驗段攤鋪的瀝青混合料滲水系數較大的問題，以及研究出各項性能優良的AC-13瀝青混合料，本文依托某瀝青路面大修養護工程，通過原材料實驗與AC-13瀝青混合料配合比設計，對三種合成級配在不同油石比條件下性能變化進行了系統研究。結果表明：合成級配1粗集料用量較多，級配偏粗，靠近上限;合成級配3細集料集料用量較多，級配偏細，靠近下限;合成級配2粗細集料用量均勻，級配較密。隨著油石比的增加，馬歇爾試件的孔隙率逐漸降低，瀝青飽和度逐漸增加，分析其原因為瀝青用量增加，裹覆在集料表面的瀝青膜變厚，填充了混合料之間的孔隙。當油石比為5.2%，級配為合成級配2時，試件的穩定度以及動穩定度達到最大值，分別為12.53 kN和6 878次/mm，滲水系數達到最小值0 mL/min。

關鍵詞：SBS改性瀝青;瀝青混合料;配合比設計;性能;實驗研究

0 引言

近年國內對于瀝青混凝土質量的改進方法大致有：通過摻加外加劑研究了性能優良的改性瀝青配比設計，得出經薄層修補料處理過路面相對于原路面在平整度、構造深度、摩擦系數等方面均具有較大的改善與提高。第二種方法是普通木質素纖維+抗車轍劑能夠明顯提高瀝青混合料的高溫、低溫與水穩定性，而新型木質素纖維能顯著提高混合料的高溫與低溫性能，且提高幅度與普通木質素纖維+抗車轍劑接近。第三種方法是對混合料孔隙進行了研究，隨著壓實次數的增加，空隙數量呈現先增加后減少的趨勢，并且大孔的平均空隙體積不斷減小，中孔平均空隙體積不斷增大;對于小孔和微孔，隨著壓實次數增加，空隙數量不斷增加，平均空隙體積沒有明顯變化;空隙體積分布連續性隨著干涉系數增加而降低。但目前的研究僅對改性瀝青混合料的影響因素進行對比分析，并沒有對原材料性能進行研究，也沒有將研究成果應用于實際工程。

本研究通過測定SBS改性瀝青混合料原材料的各種物理性能指標，對比分析不同級配不同配合比設計的瀝青混合料各性能指標上的差異，進而確定瀝青混合料的最佳配合比設計。以此研究出性能較好且抗滲的瀝青混合料，解決某瀝青路面項目前期攤鋪的瀝青混合料滲水系數較大的問題，并將研究成果應用于某瀝青路面大修工程。

1 工程背景

某高速公路線路全長96.968公里，按雙向4車道高速公路標準建設，路基寬24.50 m，設計行車速度80 km/h，路基寬度整體式24.5 m， 分離式12.5 m，行車道寬2×（2×3.75）m，運營8年，經過檢測，發現病害主要有：

縱橫向裂縫，路面沉陷、翻漿、橋頭跳車，麻面等主要病害。為保證行車安全，提高路面使用質量，本次養護設計方案主要根據PCI區間值來采取不同的施工方法，其中大修路段的60%采用銑刨重鋪上面層的整治，部分超車道采用微表處整治方案。

2 原因分析

在試驗段施工過程中發現AC-13瀝青混合料滲水系數較大，平均值達到236 mL/min，最大值達到300 mL/min，遠高于規范要求的50 mL/min，滲水嚴重不僅影響行車安全，路面易形成坑槽，對于路基的長期穩定也有較大的危害。初步分析為混合料配合比設計過程中，礦粉添加量較少，沒有充分堵塞混合料內部孔隙，料場集料混放導致級配偏差，施工碾壓溫度，以及施工壓實度不夠等原因造成的。

針對這一問題開展原材料配合比設計，通過原材料實驗與AC-13瀝青混合料配合比設計.研究其在不同配合比設計條件下性能變化規律，分析總結出AC-13瀝青混合料最佳配合比設計，從而達到指導現場生產與施工的目的。

3 原材料實驗研究

3.1 SBS改性瀝青實驗研究

AC-13瀝青混合料采用SBS改性瀝青，SBS摻量為8%，各項指標檢測結果見表1所示。

3.2 細集料實驗研究

細集料采用0 mm～3 mm機制砂，技術指標檢驗結果見表2所示。

3.3 粗集料實驗研究

粗集料采用玄武巖[7]，技術指標檢測結果見表3所示。

3.4 礦粉實驗研究

填料采用石灰巖礦粉，指標檢驗結果見表4所示。

3.5 玄武巖纖維實驗研究

玄武巖纖維摻量為瀝青混合料質量的3.5‰，指標檢驗結果見表5所示。

4 AC-13瀝青混合料配合比設計

4.1 集料級配設計

本文研究AC-13瀝青混合料級配粗集料采用5～10（mm），10～15（mm）兩檔玄武巖集料，細集料采用0 mm

～3 mm機制砂，摻加礦粉和3.5‰玄武巖纖維。研究通過確定各檔集料所用比例，形成三種合成級配。各檔集料及合成級配篩分結果見表6、圖1所示。

通過表6、圖1可知，三種合成級配均位于級配上下限控制范圍內。合成級配1粗集料用量較多，級配偏粗，靠近上限;合成級配3細集料集料用量較多，級配偏細，靠近下限;合成級配2粗細集料用量均勻，級配較密。

4.2 AC-13瀝青混合料配合比設計

對AC-13瀝青混合料進行配合比設計，研究通過上述三種合成級配摻加4.7%、5.2%、5.7%三組不同油石比，相同的礦粉用量和木質纖維用量，制作馬歇爾試件。研究不同油石比下，三種合成級配性能的差異，測定滲水系數，進而確定最佳合成級配以及最佳油石比。

不同油石比，不同合成級配制作的馬歇爾試件性能指標見表7所示。

分析表7可知，隨著油石比的增加，馬歇爾試件的孔隙率逐漸降低，瀝青飽和度逐漸增加，分析其原因為瀝青用量增加，裹覆在集料表面的瀝青膜變厚，填充了混合料之間的孔隙。穩定度以及動穩定度逐漸增加，但組合級配2呈現先增加后降低狀態。分析得出當油石比為5.2%，級配為合成級配2時，試件的穩定度以及動穩定度達到最大值，分別為12.53 kN和6 878次/mm，滲水系數達到最小值0 mL/min。

4.3 AC-13瀝青混合料性能影響分析

級配設計、油石比、礦物摻合料種類對AC-13瀝青混合料性能有著顯著影響，本文研究的三組合成級配、油石比對AC-13瀝青混合料孔隙率、瀝青飽和度、穩定度、流值、動穩定度、滲水系數影響規律見下圖所示。

對比分析圖2～圖7可知，相同油石比條件下，合成級配2的孔隙率最低，合成級配1和合成級配3的孔隙率略高于合成級配2;隨著油石比的增加，孔隙率下降明顯，最后趨于平緩。合成級配1、2、3在油石比相同時，瀝青飽和度大致相同，但合成級配2略大;隨著油石比逐漸增加時，瀝青飽和度呈跳躍式增長，然后趨于平緩。

分析圖4可知，相同油石比條件下，合成級配1、3的穩定度呈降低趨勢，合成級配2的穩定度先增加后降低，最大值為12.53 kN，明顯高于其他兩組合成級配。分析圖5可知，當油石比為4.7%和5.2%時，合成級配3的穩定度最大，合成級配1次之，合成級配2的穩定度最小，最小值為23.47 mm。當油石比為5.7%時，合成級配1、2、3的流值逐漸增加。分析圖6可知，相同油石比條件下，合成級配1、2、3的動穩定度先增加后降低，合成級配2的動穩定度最大，合成級配1最小。當油石比為5.2%時，合成級配2的動穩定度達到最大為6 878次/mm。分析圖7可知，相同油石比條件下，合成級配1、2、3的滲水系數先降低后增加，當油石比為5.2%時，合成級配2的滲水系數為0 mL/min。

綜合以上分析可知，當油石比為5.2%，合成級配2的穩定度為12.53 kN，動穩定度為6 878次/mm，滲水系數為0 mL/min，各項性能指標達到最優狀態，在后續施工中推薦使用該種配合比設計。

5 AC-13罩面層施工

某瀝青路面AC-13上面層采用本文研究的油石比5.2%，合成級配2指導施工，現場攤鋪采用2臺攤鋪機分段施工，攤鋪速度為3 m/min。現場碾壓采用2臺鋼輪壓路機前靜后振2遍初壓，2臺鋼輪壓路機前振后振5遍復壓，1臺鋼輪壓路機靜壓2遍終壓，整個施工過程中取得了較好的效果，攤鋪前期路面滲水問題得到解決，研究成果有效支撐了路面施工技術，為后續路面大修養護提供了技術儲備。

6 結論

通過實驗研究分析，AC-13瀝青混合料在實際生產過程中取得了較好的效果，解決了路面病害等問題，提高了行車安全性，具體研究結論如下：

（1）合成級配1粗集料用量較多，級配偏粗，靠近上限;合成級配3細集料集料用量較多，級配偏細，靠近下限;合成級配2粗細集料用量均勻，級配較密。

（2）隨著油石比的增加，馬歇爾試件的孔隙率逐漸降低，瀝青飽和度逐漸增加，分析其原因為瀝青用量增加，裹覆在集料表面的瀝青膜變厚，填充了混合料之間的孔隙。

（3）當油石比為5.2%，級配為合成級配2時，試件的穩定度以及動穩定度達到最大值，分別為12.53 kN和6 878次/mm，滲水系數達到最小值0 mL/min。

（4）研究取得的成果能有效抑制早期病害的發生，延長道路路面的服役年限，節約道路后期維修養護成本，為后續道路養護提供技術儲備和技術支撐。

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