胶粉改性沥青混凝土面层在城区道路中的应用实例研究

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橡胶沥青不仅具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能，而且在落实节能减排工作、推广可循环利用资源方面极具实用价值，是较为理想的环保型路面材料。胶粉沥青混合料适用于各种等级公路的沥青路面及桥面的应力吸收层、封层及其他的路面结构层。本研究从胶粉改性沥青的作用机理出发，针对性的研究改性沥青在呼伦贝尔路道路改造工程中的应用。

(1)改性沥青流变特性改变机理。胶粉成分复杂，主要包括弹性体、硫化剂、油分以及其他添加剂等构成，在与沥青加速搅拌混合的过程中，由于胶粒外形不规则会聚集在一起，同时胶粒历经解聚及脱硫等过程，粒径变小，部分与沥青相溶。有研究发现，将改性沥青及胶粒分别溶于四氢呋喃，二者不溶物含量(85%/89%)近似相同，相差的4%来源于脱硫、解聚等过程对于胶粒的消耗。试验证明，胶粉改性沥青流变特性受到未溶胶粉以及已溶胶粉的共同作用。

(2)胶粉溶胀机理。基质沥青由油分、树脂以及沥青质构成，而胶粉遇油分将发生溶胀，特性与生胶类似，使得胶粉重新具有相应的粘性。成品胶粉改性沥青中，胶粉能够在沥青基质中悬浮均布，而基质沥青由于油分的被吸收，从而也具备了一定的粘性。因此，胶粉溶胀作用同时对胶粉及基质沥青产生了改性作用。

(3)胶粉沥青相溶改性机理。胶粉与基质沥青均为高分子聚合物，具备相似的分子结构以及链长，依据相似相溶原理，二者在混合后可以形成较为稳定的共轭结构，该结构具备较为优秀的结构力学特性，具体表现为改性沥青的流动性有所下降，但其针入度降低，软化点升高，因而表现出较好的耐热性及热稳定性。

本文采用CAVF法对胶粉沥青进行级配设计，由于密级配沥青混合料高温稳定性主要受主骨料的嵌挤骨架结构所限，因而在进行级配设计过程中，需保证沥青混合料中粗骨料的嵌挤骨架结构，以便提高混合料性能。该方法的主要思路为根据经验或泰波公式设计主骨架，实测其空隙率，然后根据主骨架空隙率以及沥青混合料设计目标空隙率来确定细集料及矿粉和沥青的用量，使细集料体积、矿粉体积、沥青体积以及沥青混合料的目标空隙体积的总和等于主骨架空隙体积，以保证粗骨料的矿料堆积嵌挤骨架结构。

本研究沥青混合料矿料采用连续级配，采用基质沥青混合料，记为AC－13C。

(1)胶粉掺量对高温性能的影响。针入度、当量软化点T800以及软化点是依据我国沥青试验标准中表征胶粉改性沥青高温性能的评价指标。本试验设置15%、18%、20%、22%、24%等5组不同胶粉掺量在15℃、25℃以及35℃进行试验。

胶粉掺量的增加使得改性沥青硬度明显高于基质沥青，证实改性沥青高温性能确实提高。发现22%胶粉掺量下，改性沥青软化点提高33.5%，而当量软化点在胶粉含量20%时，提高逾40%。

(2)低温及弹性恢复性能试验。不同掺量胶粉进行试验时，改性沥青的延度性能曲线。表明，随胶粉掺量的增加，改性沥青低温延度明显增大，最高点在22%左右出现。

胶粉掺量对改性沥青弹性恢复性能的影响实验结果，表明在20%掺量以内时，胶粉掺量是改性沥青弹性恢复的敏感因素，而超过该点，掺量对沥青弹性恢复的影响降低。

(3)胶粉掺量对改性沥青性能提升的试验表明:胶粉改善了改性沥青的高温性能，在22%掺量时，针入度最低，且软化点最高;20%胶粉掺量时，沥青当量软化点最高;胶粉改善了改性沥青的低温性能，在22%掺量时，低温延度值最高;胶粉改善了改性沥青的弹性恢复性能，且在20%掺量以内，为弹性恢复性能的敏感参数。

以上试验，表明胶粉掺量能够改善改性沥青的性能，而通过设计合适的配合比能够更好的改善改性沥青的性能。呼和浩特市2012年中心区道路改造工程第一标段所辖呼伦贝尔路道路改造工程是该呼和浩特市区首条使用胶粉沥青技术的道路工程，该工程由山东省路桥集团有限公司承建，本文研究内容针对该项目展开，完成4cm胶粉沥青面层摊铺23990m。

本研究所采用配合比如下:油石比中值设定为4.5%，间距0.5%，油石比分别为3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%，，计算密度、沥青饱和度等主要参数，并通过对比各参数，最终得出本文所设计配合比为4.4%。

本研究对改性沥青性能提升的试验均采用JTJ052－2000中所述相关方法进行。

。结果显示该配合比下，试件残留稳定度100.1，大于85%，满足设计指标的要求。(2)冻融劈裂性能验证。结果显示该配合比下，试件残留强度比为87.7%，大于80%，满足设计指标的要求。(3)高温稳定性验证。高温稳定性试验结果显示该配合比下，试件在60℃时，其稳定度DS=5773次/mm，满足设计指标中大于等于2800次/mm的相关要求。

(1)试验段以侧石顶面放置的铝合金尺为基准滑动面，然后用摊铺机的滑靴在其上滑动来进行表面层的摊铺。根据路面设计宽度，一般使用2台摊铺机进行联合摊铺作业，摊铺机的摊铺宽度以具体路宽进行调整。

(2)在摊铺胶粉改性沥青混合料时，将摊铺机稳定在施工段起点处，准备就绪后，在现场等待卸料的运输车达到4台以上后，指挥运输车开始卸料摊铺，混合料在卸载时的温度不得低于165℃(混合料的出场温度控制在175～185℃)。待熨平板内混合料充满料仓后，摊铺机以3.5m/min的速度均匀行进。摊铺机运行10m后，检测人员迅速检测横坡、搞成、松铺厚度、平整度等各项指标，以便随时调整摊铺机的工作状态。根据以往施工经验，摊铺混合料的松铺系数初步定为1.2，施工时现场测量人员要及时准确的测算出实际松铺系数，以此来进行调整，保证施工精度。摊铺作业过程尽可能一次性完成，不进行人工点补。若摊铺作业过程中因不可控因素出现不能连续供料的情况时，视当时气温情况决定摊铺机等料时间的长短(最长等料时间不宜超过40min)，超出等料时间应立即决定提升摊铺机熨平板，迅速做好施工缝，重新稳定摊铺机，等待来料后重新继续施工。

碾压工艺与普通沥青混合料基本相同，分为初压、复压、终压3个阶段进行。碾压规则为:紧跟、慢压、高频、低幅。

胶粉(AC－13)改性沥青能够提高沥青高温性能，增加低温延度，同时能够促进沥青弹性恢复，本文在研究过程中，研究了胶粉掺量对3种性能的影响，在此基础上提出配合比设计方案，并在呼伦贝尔路道路改造工程实践中对改性沥青的性能提升进行试验验证，证明改性沥青应用于工程实践可满足严格的设计条件，并能够带来较高的经济效益，对环保做出相应贡献。