AP-8改性劑在湖州南潯大道的應用研究

曾懷武， 江建坤， 牛艷輝， 謝希望， 張 釗， 牛冬瑜

(1.浙江數(shù)智交院科技股份有限公司， 杭州 310013； 2.長安大學， 西安 710054)

湖州南潯大道是連接申蘇浙皖高速公路和申嘉湖高速公路的重要通道，是一條連通湖州市南潯區(qū)南北的交通大動脈，是雙向6車道一級公路。根據(jù)申蘇浙皖高速公路南潯互通收費站的數(shù)據(jù)，湖州南潯大道2016年日均混合交通流量為9 300輛，其中貨車占比約29%，2020年日均混合交通流量為 12 660輛，年平均增長率為8%。路面結(jié)構(gòu)為：5 cm AC-13C瀝青混凝土上面層+7 cm AC-20C瀝青混凝土下面層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+33 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層，路面結(jié)構(gòu)總厚度65 cm。經(jīng)歷2016年7月的持續(xù)高溫(氣溫均在35 ℃以上)，部分路段出現(xiàn)嚴重的車轍病害，特別是交叉口路段，最大車轍深度達5 cm。

為減少車轍等路面病害的發(fā)生，可選用更優(yōu)的膠結(jié)料來提高瀝青路面使用性能。國內(nèi)外學者[1-6]研究采用SBS、膠粉、環(huán)氧樹脂等聚合物制備改性瀝青，可明顯提高基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗老化特性等路用性能。但由于聚合物與瀝青相容性較差，在運輸、存儲過程中存在較為嚴重的離析問題[7-9]，且在生產(chǎn)過程中存在聚合物摻量不足、助劑以次充好等問題，聚合物改性瀝青質(zhì)量難以控制。

外摻型改性劑可有效避免聚合物改性瀝青生產(chǎn)質(zhì)量問題，其添加方式簡便，可通過設備自動投料至拌和鍋中。目前常用的瀝青混合料外摻劑主要分纖維類、抗車轍劑類、高模量劑類等[10-13]，均可顯著提高瀝青路面抗變形能力、疲勞壽命等。基于外摻型改性劑的施工優(yōu)勢和技術(shù)性能，蘇州某公司通過結(jié)合天然橡膠和合成高分子聚合物的性能特點，采用先進的納米合成工藝合成制備AP-8外摻型改性劑。通過對普通瀝青混合料的整體改性，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗水損等性能，從而綜合提高路面的使用性能，延長道路的使用年限。

本文結(jié)合南潯大道路面修復工程，探究摻加 AP-8改性劑對瀝青混合料路用性能的影響。

1 室內(nèi)試驗方法及級配

基于已有研究[14-15]，并結(jié)合工程實際情況，確定AP-8改性劑摻量為瀝青混合料總質(zhì)量的0.3%。室內(nèi)試驗步驟如下：1) 將集料加熱至180 ℃～190 ℃，投入實驗室拌和機中，將相應量的改性劑加入拌和設備中，在175 ℃下干拌60 s；2) 加入相應量的瀝青拌和60 s，然后加入相應量的礦粉繼續(xù)拌和60 s，拌和以裹覆均勻為準，試件成型溫度為160 ℃。

試驗級配分別采用AC-13、AC-20，瀝青為A級70#普通瀝青與SBS改性瀝青，瀝青的技術(shù)指標見表1、表2。下面層AC-20集料為石灰?guī)r，上面層AC-13集料為玄武巖。采用馬歇爾試驗對AC-13、AC-20瀝青混合料進行設計，油石比分別為4.8%、4.2%，級配組成見表3。

表1 A級70# 普通瀝青技術(shù)指標

表2 SBS改性瀝青技術(shù)指標

表3 瀝青混合料級配組成

2 室內(nèi)試驗及結(jié)果分析

為指導工程使用，通過室內(nèi)試驗對摻加AP-8改性劑的普通瀝青混合料進行綜合評價。采用車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及低溫小梁彎曲試驗對AP-8改性劑瀝青混合料的高溫性能、抗水損害性能及低溫性能進行研究，并以SBS改性瀝青混合料作為參照對象，試驗結(jié)果見表4。

從表4可知，摻加AP-8改性劑混合料的動穩(wěn)定度較SBS改性瀝青混合料提高了84%～93%，表明摻加AP-8改性劑對混合料的高溫性能有顯著提高，抗水損害性能、低溫性能較SBS改性瀝青混合料略有提高，但均滿足規(guī)范要求。

3 現(xiàn)場鋪筑試驗及運行檢測

既有工程案例統(tǒng)計研究表明，瀝青路面結(jié)構(gòu)中路表以下5 cm～10 cm的區(qū)域發(fā)生車轍病害的程度最大[15-16]。對湖州南潯大道路面車轍現(xiàn)場取芯，統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)該病害主要產(chǎn)生于瀝青路面上面層。為此，路面修復工程具體措施為：1) 銑刨5 cm上面層，灑布瀝青粘層；2) 鋪設5 cm AC-13C瀝青混凝土面層(內(nèi)摻加0.3% AP-8改性劑)；3) 現(xiàn)場檢測。

路面外觀與改性瀝青路面無明顯區(qū)別，現(xiàn)場取樣的車轍、小梁彎曲、馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂數(shù)據(jù)與室內(nèi)試驗結(jié)果相當。路段的壓實度最小值93.8%、最大值96.2%、平均值94.3%，滲水系數(shù)49.7 mL/min～53.7 mL/min，平均值為51.9 mL/min，均滿足技術(shù)要求，且施工便利。

現(xiàn)場試驗表明，摻加0.3%的AP-8改性劑在普通瀝青AC-13、AC-20級配中性能表現(xiàn)優(yōu)異，全面提高了混合料路用性能。

通車2年后，采用激光路面斷面測試系統(tǒng)SHN-SL-M13對修復路段進行了車轍和平整度評價，現(xiàn)場測試系統(tǒng)見圖1，檢測結(jié)果見表5。

(a) 車載測試系統(tǒng)

(b) 測試現(xiàn)場

表5 車轍與平整度檢測結(jié)果

從表5可見，車轍與平整度檢測結(jié)果表明，在2年的車輛荷載作用下，路面仍保持良好的通行狀態(tài)。

4 經(jīng)濟效益分析

相較傳統(tǒng)瀝青改性工藝，AP-8改性劑直接投入拌和鍋內(nèi)與集料一起進行拌和，不需要增加特殊設備，且摻量只需0.3%，可降低生產(chǎn)過程中的成本，同時避免了改性瀝青儲存穩(wěn)定性差的問題。根據(jù)湖州市建筑材料市場信息，價格概算單價見表6。

表6 瀝青混合料概算價格

由表6可知，AP-8改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的單價基本相當，比普通瀝青混合料的單價增加約155元。根據(jù)室內(nèi)試驗與工程檢測結(jié)果，AP-8改性瀝青混合料路用性能遠高于SBS改性瀝青混合料，可使道路使用年限增加，養(yǎng)護維修次數(shù)減少，并有效延長路面養(yǎng)護周期，大大降低全壽命周期成本。因此，AP-8是一款低成本、高性能，可用于工程推廣應用的改性劑。

5 結(jié)束語

1) AP-8改性劑的添加方式簡便，可通過人工或設備自動投料至拌和鍋中，混合料拌和施工工藝要求與SBS改性瀝青相當。

2) 在南潯大道路面修復工程中，采用普通瀝青+0.3% AP-8改性劑的混合料方案，現(xiàn)場檢測各項指標均滿足要求，壓實效果良好，基本不滲水。通車2年后，道路仍保持良好的通行狀態(tài)。

3) 摻加AP-8改性劑的普通瀝青混合料性能遠超SBS改性瀝青混合料，特別是高溫抗車轍改善尤其明顯。在重載交通的高等級公路以及道路交叉口、公交場站、長大縱坡等特殊路段使用，可有效保障瀝青路面的使用質(zhì)量，提高路面使用壽命，降低全壽命周期成本。