USP低溫環保改性瀝青在城市道路的應用研究

羅 斌,彭文兵

(臺州市城鄉規劃設計研究院有限公司，浙江 臺州 318000)

隨著中國“碳達峰、碳中和”工作的推進，中共中央辦公廳、國務院辦公廳聯合發布了《關于推動城鄉建設綠色發展的意見》，要求轉變“大量建設、大量消耗、大量排放”的建設方式，推動城鄉建設綠色轉型。目前城市道路建設大量采用瀝青混凝土路面結構，傳統的熱拌瀝青混合料雖然拌和、鋪裝簡單易行，但能耗高，施工過程中排放出大量有害氣體，對施工人員和環境帶來較大危害。USP低溫環保改性瀝青是由USP低溫改性瀝青與石料、礦粉等材料按一定級配低溫拌和而成的混合料，與傳統的熱拌瀝青混合料相比，更加低碳、節能、環保[1]。

本文研究了USP低溫環保改性瀝青與熱拌瀝青在高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性和抗疲勞等方面的性能差異，結合實際工程應用驗證其路用性能，對USP低溫環保改性瀝青的推廣應用具有借鑒意義。

1 原材料性能

1.1 瀝青

在道路石油瀝青中添加USP改性劑,可以提高石油瀝青的分子量和塑性流動性,從而改變石油瀝青的路用性能，保證了溫拌施工和易性,又改善了路用性能。本文所用基質瀝青為70號A級道路瀝青，將制得USP低溫改性劑按照基質瀝青質量分數的5%摻入70號瀝青中，攪拌均勻后，再通過高速剪切機在115 ℃下以800 rpm的轉速將USP低溫改性劑和基質瀝青共混物剪切10 min制備得到USP低溫改性瀝青。瀝青基本性能指標檢測結果見表1。

表1 瀝青檢測結果

1.2 礦料

粗集料規格為5 mm～10 mm玄武巖,細集料產規格為0 mm～3 mm石灰巖,礦粉為石灰巖磨細礦粉。

2 USP溫拌改性瀝青混合料材料設計研究

2.1 設計參數

根據現行的《道路低溫瀝青路面施工技術規程》及《城鎮道路路面設計規范》，根據本次結合的項目特性，瀝青溫度分區1～4，交通等級為輕交通，溫拌及熱拌瀝青混合料要求見表2[2-3]。

表2 溫拌瀝青及熱拌瀝青混合料設計參數

2.2 配合比設計

依據目標配合比設計級配，試驗室進行生產配合比設計，采用基質瀝青和USP改性后的瀝青兩種，通過室內試驗檢驗其性能變化。配合比設計采用馬歇爾設計方法，通過不同油石比進行馬歇爾試件成型，檢測其體積性能和穩定度，確定最佳配合比。生產配合比的合成級配見表3。

表3 各級配曲線合成級配計算

2.3 最佳油石比確定

最佳油石比下的馬歇爾試驗結果如表4所示。

表4 生產配合比馬歇爾試驗數據

根據以上擊實結果,按照最緊密狀態計算混合料最緊密狀態油石比及對應的體積參數,最終確定70號瀝青最佳油石比(質量比)為5.0%，USP低溫改性瀝青最佳油石比(質量比)為4.5%。因為USP改性瀝青具有更好的低溫工作性能，因此其油石比相較熱拌瀝青會降低。

2.4 路用性能

在最佳油石比條件下開展路用性能驗證，結果見表5～表7。由表5～表7可知,路用性能均滿足相關設計要求。

表5 浸水馬歇爾試驗(48 h)殘留穩定度

根據文獻[2]要求浸水馬歇爾試驗殘留穩定度不小于80%，根據實驗結果USP改性瀝青滿足要求，7 d后殘留穩定度進一步提升。

表6 凍融劈裂試驗

根據文獻[2]要求凍融劈裂實驗的殘留強度比不小于75%，根據實驗結果USP改性瀝青滿足要求，7 d后劈裂強度比進一步提升。

表7 高溫穩定性

根據文獻[3]中表5.2.2-3中要求動穩定度不小于1 500次/mm，普通70號瀝青不符合要求，需加入改性劑，USP改性瀝青均符合要求。

通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂強度比試驗，可以看出USP改性瀝青混合料在水穩定性能和高溫穩定性方面能夠滿足規范的相關要求，同時也可以看到對USP混合料試件養生后其性能有明顯提高，說明USP改性瀝青其性能恢復，并且改性劑中的樹脂對整體性能具有改性作用[4]。

3 USP低溫改性瀝青在城市道路中的應用

某市政道路采用瀝青混凝土路面，面層采用USPM-13，確定了本工程USP低溫改性瀝青混合料最佳油石比為4.5%。現場攤鋪溫度112 ℃，并對路用性能進行了跟蹤檢測,見表8。

表8 USP低溫改性瀝青混合料檢測結果

由表8可知,本工程設計和選用的USPM-13瀝青混合料具有良好的路用性能和使用效果，主要原因是由于USP油溶性表面活性劑的存在，使得瀝青分子在常溫下形成樹脂斷鏈的膠團結構，增加了流動液態凝膠，增大了塑性流動性，降低黏度，實現溫拌，隨著改性劑與瀝青的化學反應，借助陽光、溫度、氧氣的作用，瀝青分子與樹脂類物質一起，開始發生結鏈反應，又能重新接鏈，逐漸地從短樹脂轉變成高分子樹脂，極大地增加了黏度，恢復或改善了瀝青的技術性能，因此混合料性能隨著時間的推移而提高。

與傳統的熱拌瀝青混合料(HMA)相比，USP低溫改性瀝青可以降低油石比，節約成本。根據本次項目使用結果評定，本工程所采用的USP低溫改性瀝青比傳統SBS改性瀝青用量節約10%。

USP低溫改性瀝青能夠有效降低拌合溫度。USPM拌合溫度為120 ℃±10 ℃，相對于HMA來說降低了30 ℃～50 ℃。故降低了熱量消耗與能源使用，根據本次項目使用結果評定，每噸混合料天然氣用量可節約40%。

通過對HMA與USPM的檢測對比(如表9所示)，可知USP改性瀝青更加低碳環保，主要污染氣體排放量明顯減少。

表9 煙塵煙氣檢測結果

根據估計，本項目共計節約燃料費用50%以上，綜合計算，采用USP改性瀝青可降低碳排放90%以上，具有良好的經濟與社會效益。

4 結語

1)USP低溫改性瀝青混合料不僅能夠節約能源和保護環境,還能減少對施工人員的危害，成本也比傳統熱拌瀝青低。

2)其路用性能能夠完全滿足現行城市道路的相關規范要求，可以用作城市道路施工，同時其性能還隨著使用時間的延長更進一步提升。

3)推廣USP低溫改性瀝青混合料符合現在城市道路建設中的“資源節約型、環境友好型”的綠色發展理念，其在未來路面施工中的應用前景非常廣闊，值得在城市道路建設中推廣。