TPS 高粘改性劑在超薄罩面中的應用研究

賀顯威 達瓦扎西 陳先勇

(重慶重交再生資源開發股份有限公司,重慶 401120)

近年來隨著我國經濟的迅速發展,我國交通建設事業也取得了飛速的進步。截止2020 年底全國公路總里程達519.81 萬公里,比上年增加18.56 萬公里,其中公路養護里程514.4 萬公里,占公路總里程99.0%[1]。預防養護是在路面出現輕微病害時為延長路面使用壽命而采用適當的主動性養護工程,預防養護是提高公共資產的服務水平,實現資產保值和增值的重要技術手段[2]。超薄層罩面技術是一種新型的路面預防性養護技術,用于修復道路路面表面功能下降問題,包括細小裂縫、車轍等病害[3]。超薄罩面因攤鋪厚度薄,粒徑小,骨架提供強度有限故要求瀝青膠結料應具有較強的粘結能力,本文采用CPA-10 骨架空隙級配,研究TPS 高粘改性劑在超薄罩面混合料中的應用研究。

1 原材料實驗

1.1 瀝青及高粘改性劑

超薄罩面要求使用成品高粘改性瀝青或直投式高粘改性劑,本文采用基質瀝青加直投式高粘改性劑方式。基質瀝青為70#道路石油瀝青,其主要技術指標檢測結果如表1 所示。

表1 70#道路石油瀝青主要技術指標

高粘改性劑為重交再生資源開發股份有限公司提供ZJ-TPS 高粘改性劑,用量為瀝青用量內摻12%,其主要技術指標檢測結果如表2 所示。

表2 ZJ-TPS 高粘改性劑主要技術指標

1.2 集料及礦粉

超薄罩面粗集料選用具有較高強度的玄武巖,細集料選用石灰巖,礦粉為石灰巖磨細礦粉。集料主要性能檢測結果如表3～5 所示。

表3 粗集料主要技術指標

1.3 纖維

表4 細集料主要技術指標

表5 礦粉主要技術指標

木質素纖維在混合料中起到加筋作用,提高了混合料的高溫抗車轍性能和抵抗疲勞破壞能力,減少溫縮裂縫的產生[4]。本文采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產潤強RCF-100木質素纖維,其主要性能檢測結果如表6 所示。

表6 木質素纖維主要技術指標

2 超薄罩面配合比設計

2.1 級配確定

超薄罩面配合比設計選用0-5 檔石灰巖和5-10 檔玄武巖,級配范圍以《公路瀝青路面養護技術規范》(JTG 5142-2019)中骨架- 空隙型級配(CPA)超薄罩面要求為準,級配合成情況如表7 所示。

表7 超薄罩面合成級配

以瀝青膜厚14μm 得到預估瀝青用量,并成型馬歇爾試件檢測其力學體積指標,檢測結果如表8 所示,綜合比選得出合成級配2 各項指標均滿足規范要求為最佳級配。

表8 合成級配力學體積指標

2.2 最佳油石比確定

按合成級配2 的級配,采用3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%、五個油石比分別進行謝倫堡析漏試驗和肯塔堡飛散試驗,以油石比為橫坐標,謝倫堡析漏試驗損失質量百分率和肯塔堡飛散試驗損失質量百分率為縱坐標繪制變化曲線,分別做兩條曲線的切斜,以飛散試驗結果的拐點為最小瀝青用量(OAC1),以析漏實驗結果的拐點為最大瀝青用量(OAC2),如圖1 所示。

由圖1 可得最小瀝青用量OAC1=4.9%,最大瀝青用量OAC2=5.1%,故最終選取最佳油石比為5.0%。

圖1 謝倫堡析漏和肯塔堡飛散與油石比關系

3 超薄罩面混合料性能檢測

3.1 高溫穩定性

以30mm×30mm×5mm 超薄罩面瀝青混合料板狀試件在60℃±1℃溫度由0.7±0.05MPa 輪壓碾壓產生1mm 變形所需行走次數來評價其高溫穩定性能,試驗結果如表9 所示。

表9 超薄罩面混合料高溫性能檢測結果

由表10 可以看出高粘改性劑能大幅提升薄層混合料的高溫抗變形性能遠大于規范要求,分析認為,高粘改性劑中的含有SBS、增粘劑等成分可增加網鏈結構柔韌性,進而提高混合料的抗變形能力。

3.2 水穩定性

采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價超薄罩面混合料的抗水損壞能力,試驗檢測結果如表10 所示。

由表10 可以看出高粘改性劑應用于超薄罩面混合料后能保證超薄罩面混合料具有良好的抗水穩定性能。分析認為高粘改性劑能改善集料與瀝青之間的粘附能力,保證在動水沖刷作用下無瀝青層剝落以提供良好的整體穩定性。

表10 超薄罩面混合料水穩定性能檢測結果

3.3 低溫抗裂性能

以-10℃的小梁彎曲破壞應變值(με)來評價超薄罩面混合料的低溫抗裂性能,養護規范中并未對超薄罩面混合料低溫性能進行要求,本文以《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004 中要求進行評價,試驗檢測結果如表11 所示。

由表11 可以看出高粘改性劑應用于超薄罩面混合料后對低溫抗裂能力遠高于規范要求。分析認為高粘改性劑中熱塑性橡膠體可以增強網鏈結構柔韌性,提高了混合料低溫抗彎拉能力。

表11 超薄罩面混合料低溫抗裂性能檢測結果

4 結論

4.1 選用5-10 玄武巖和0-5 石灰巖參照SMA 配合比設計方法完成超薄罩面混合料配合比設計,超薄罩面混合料具有較大空隙,具有一定的排水降噪功能,是一種有效的預防養護措施。

4.2 TPS 高粘改性劑應用于超薄罩面中能有效保證混合料的高溫性能、低溫性能及水穩定性能,保證集料之間具有良好的粘附性避免出現飛散掉粒現象。

4.3 對TPS 高粘改性劑在超薄罩面中應用進行研究為預防養護技術的應用提供一定參考。