采用PR沥青混合料提高沥青路面整体抗车辙能力

维普资讯 http://www.cqvip.com 增刊１（总第１５２期）　２００２年１０月　ＳＨ　山西交通科枝ｓＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　ｏｃｔ．…。　采用ＰＲ沥青混合料提高沥青路面整体抗车辙能力　刘玉柱　，韩　萍。　（１．山西省太祁高速公路有限公司，山西　清徐０３０４００；２．山西省交通科学研究院，山西　太原０３０００６）　摘要：对引起沥青路面车辙变形的行车荷载、温度及沥青混合料高温稳定性３个主要因素　进行了分析，阐述了太祁高速公路属特重交通的罗城一夏家营段中面层采用改性沥青混合料　以提高路面整体抗车辙能力的必要性。对ＰＲ改性沥青混合料的路用性能、施工工艺及控制指　标做了详细叙述。　关键词：ＰＲ沥青混合料；路面；抗车辙能力　中图分类号：Ｕ４１４．７５　文献标识码：Ａ　文章编号：　１００６—３５２８（２００２）Ｓ１—００１０－０３　沥青路面车辙是高速公路最主要的早期破坏现　象，从属于热区的南方到属于寒区的北方，重交通、特　轴超限４０　ｋＮ一１１０　ｋＮ；三后轴车辆后轴一般为　６００　ｋＮ－一１　０００　ｋＮ，单后轴超限１１０　ｋＮ一２１０　ｋＮ。应　用壳牌ＢＩＳＡＲ３．０程序计算结果，路面在车轮产生的　竖直和水平荷载综合作用下，沥青面层内的较大的剪　应力产生在双圆荷载后侧０．９３及外侧２９的位置，如　图１。在双圆荷载后侧０．９３位置处，１２　ｃｍ、１５　ｃｍ、　重交通路段在通车１个月或半年后的第１个夏季的高　温期就产生深度１０　ｍｍ一５０　ｍｍ的辙槽，有的甚至达　７０　ｍｍ以上，使路面平整度变差，并很快出现网裂、坑　洞、坑槽等病害。因此，沥青路面结构设计首先是防止　路面在使用初期产生车辙变形。　１８　ｃｍ厚的沥青面层２　ｃｍ一４　ｃｍ厚度范围的剪应力系　数最大，而２　位置处在面层内产生与０．９３位置相当　剪应力系数的深度为４　ｃｍ一７　ｃｍ。　ｌ沥青路面车辙形成的主要原因　我国沥青路面普遍采用半刚性基层，由于半刚性　基层具有良好的板体性，沥青路面车辙主要发生在沥　青面层。根据对车辙变形路段锯切横断面、辙槽底部及　隆起部位钻取芯样调查结果分析，车辙是由沥青混合　料层的压密变形和沥青｝昆合料的剪切变形形成的，压　密变形一般为５　ｍｍ一１０　ｍｍ，大于１０　ｍｍ的辙槽则　缘于沥青混合料的侧向流动变形，从锯切的横断面可　以观察到沥青混合料明显的侧移现象，由于反复的剪　切变形，使沥青胶浆从集料表面脱落，沥青混合料呈松　散状，这一种沥青膜脱落的现象并不属于“水损坏”。行　｝一　２６　２６　ｌ　ｌ　Ｉ　车荷载、温度及沥青混合料的高温稳定性是车辙形成　的主要因素。　１．１行车荷载的影响　沥青路面设计标准轴载为１００　ｋＮ，根据对省内重　交通、特重交通路段行驶载重车辆的调查，载重车辆超　载是普遍的，单后轴轴载一般为１３０　ｋＮ一２５０　ｋＮ，超　限３０　ｋＮ一１５０　ｋＮ，有的车辆高达４００　ｋＮ，超限　３００　ｋＮ；双后轴车辆后轴一般为２６０　ｋＮ～４Ｏ０　ｋＮ，单　收稿日期：２００２　０９　２４　　一　．ＩＩ１　５　６　图１最大剪应力位置示意图　由此分析可知，在行车荷载作用下．沥青面层在厚　度２　ｃｍ一７　ｃｍ范围内的剪应力最大，剪应力随轴载的　增加增大相同的倍数。根据摩尔一库伦强度理论，沥青　作者简介：刘玉梓（１９６０－－　）。男，山西阳曲人，总经理，高级工程师，ｉ　９８７年毕业于西安公路学院；　韩萍（１９６４一　）．女，山西汾阳人，总工程师，高级工程师，１９８６年毕业于河北工学院。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年增刊１　刘玉柱，等：采用ＰＲ沥青混合料提高沥青路面整体抗车辙能力　・１１・　混合料的抗剪强度由两部分组成，其一是摩阻力部分，　过沥青混合料抗剪强度时，沥青混合料将产生剪切变　形。　它同作用在剪切面上的法向应力仃成正比；另一是同　法向应力无关的粘聚力部分，即：　ｒｆ　ｆ十仃ｌａｎ　，　１．２沥青混合料层内温度的影响　２００２年７月１５日至１６日实测沥青混合料层内　孤　∞镐　舵∞　式中：ｒ，——抗剪强度；　昼夜间温度变化规律（见图２），观测点为太祁高速公　∞　加　ｃ、　分别为材料的粘聚力和内摩擦角。　路Ｋ２２处沥青混合料中、下面层（清徐互通），最高气　温３４　Ｃ，距路表面２　ｃｍ温度最高为５４　Ｃ，较气温高　２０　Ｃ，下午１３：ｏ０—１６：００持续高温３　ｈ。　由于沥青粘聚力及矿料内摩擦角为定值，抗剪强　度的增加小于剪应力的增加。当面层内最大剪应力超　、　赠　时　／ｈ　图２沥青混合料层内昼夜温度变化曲线　沥青路面内温度除与沥青混合料密度、热容量、热　为沥青的质量百分比。近几年重交通路段采用改性沥　传导率等内在因素有关外，外部因素主要决定于气温、　太阳辐射热及风速。大量的研究资料表明，距路表面　２　ｃｍ沥青混合料温度较气温高２０　Ｃ一２５　Ｃ。由图２的　观测结果可以看出，气温３４℃时路面０—１２　ｃｍ的最　高温度均大于４５　Ｃ，重交通道路石油沥青技术要求的　软化点为：ＡＨ一７Ｏ是４４ｌＣ一５４　Ｃ，ＡＨ一９Ｏ是４２　Ｃ一　青混合料在减小路面车辙方面取得了良好的效果，尽　管只是４　ｃｍ上面层采用改性沥青。因此，通过调整级　配能否解决沥青路面的高温车辙还需进一步研究，而　提高沥青胶浆的高温粘滞度则有明显的效果。　２提高沥青路面整体抗车辙能力的技术措施　提高沥青路面整体抗车辙能力的技术措施，关键　在于提高沥青混合料自身的高温抗变形能力即高温稳　５２Ｃ，市场进口或国产优质ＡＨ一７０、ＡＨ一９０重交通　沥青的软化点为４５　Ｃ一４８　Ｃ，当气温为３４℃以上时，　沥青混合料层内最高温度可达６０　Ｃ左右，沥青层内　定性，通过调整级配、提高沥青软化点温度、提高沥青　粘度、减少沥青含量等技术途径可提高沥青混合料高　温稳定性。根据国内外大量的试验研究结果，在沥青或　０—１２　ｃｍ温度均接近或大于沥青的软化点温度，沥青　呈流塑状，沥青混合料的抗剪切强度极低。而近几年由　于“温室效应”，６月份一８月份最高气温持续３４Ｃ以　上的高温时间较长，在荷载作用下势必导致沥青路面　辙槽的形成。　沥青混合料中，添加高分子聚合物通过降低沥青胶浆　温度敏感性以提高沥青混合料的高温抗变形能力是最　有效的手段。改性沥青混合料路用性能结果表明，　ＳＢＳ、Ｕ一Ⅱ、ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ高分子聚合物可显著提高　沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性，适合山西省　夏季炎热、冬季寒冷的气候条件。　１．３沥青混合料的高温稳定性　沥青混合料的高温稳定性是指在高温条件下，沥　青混合料抗流动变形的能力，主要取决于沥青混合料　的抗剪强度。动稳定度指标是目前常用的评价沥青混　合料高温稳定性的技术指标，根据多年的试验研究结　果，沥青混合料动稳定度主要取决于沥青结合料，采用　３采用ＰＲ沥青混合料提高沥青路面整体抗车辙能　力　重交通石油沥青ＡＨ一９０或ＡＨ一７０的密级配沥青混　合料，动稳定度小于１　５００次／ｒａｍ，采用改性沥青后动　稳定度则可大幅度提高。例如：４　Ｕ一Ⅱ改性沥青混　合料动稳定度４　０００次／ｒａｍ左右；４　一５　ＳＢＳ动　稳定度大于４　０００次／ｒａｍ，５．０　９／５　５．５　９／５ＰＲ　太祁高速公路罗夏段设计年限内标准轴载累计作　用次数为２．９８６×１０　，设计弯沉１．９２　ｍｍ，大型运煤　车辆多，属特重交通路段。根据以上分析，１２　ｃｍ一　１８　ｃｍ厚沥青面层内２　ｃｍ一７　ｃｍ厚度范围内在荷载作　用下产生较大的剪应力，夏季高温时沥青面层内温度　ＰＩ　ＡＳＴ．Ｓ动稳定度大于５　０００次／ｒａｍ，添加剂剂量均　超过沥青软化点温度，普通沥青混合料在剪应力较大　维普资讯 http://www.cqvip.com ・１　２・　山西交通科技　２００２年增刊１　的２　ｃｍ一一７　ｃｍ厚度层内，易产生永久性累计变形，形　成车辙。为提高沥青面层整体抗车辙能力，除上面层采　用ＳＢＳ改性沥青外，中面层采用较经济且可显著提高　沥青混合料动稳定度的ＰＲ　ＰＩ　ＡＳＴ．Ｓ沥青混合料添　加剂。　３．１　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ优点及改性机理　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ主要成分为改性的高密度ＰＥ及低　密度ＰＥ，属于热塑性树脂类。ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ直接投入　搅拌机中的热骨料上，颗粒材料的剪切力将ＰＲ　ＰＩ　ＡｓＴ．ｓ均匀分散在沥青混合料中，这种聚合物靠　其在沥青混合料中的嵌挤、钢筋、胶结作用，显著提高　了混合料的高温抗车辙能力、低温可变性和粘聚性、混　合料的抗疲劳特性，使用和生产过程中易于贮存和混　合，没有贮存时间的限制，不需要提高沥青用量。　３．１．１胶结作用　通过部分聚合物的溶解形成胶结作用，从而达到　提高沥青胶浆软化点温度、降低热敏性的作用。　３．１．２钢筋作用　通过塑料纤维在级配骨架内部搭桥而形成。　３．１．３嵌挤作用　施工时微粒临时得到软化，然后这些颗粒在碾压　过程中热成型，从而填充级配骨架内的空隙。　３．２　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ剂量的确定　室内ＡＣ一１３Ｉ、ＡＣ一１６Ｉ、ＡＣ一２０Ｉ　ＰＲ沥青混合　料高温抗车辙、低温弯曲试验结果表明，ＰＲ掺量为沥　青用量的４　、５　时，动稳定度分别大于　３　０００次／ｍｍ、５　０００次／ｍｍ，低温弯曲破坏应变均大　于３　０００￣￣，具有良好的高、低温稳定性。当ＰＲ掺量大　于５　９／５时，低温性能有所下降，考虑到上面层ＳＢＳ改　性沥青混合料要求的动稳定度为５　０００次／ｒａｍ，下面　层普通沥青混合料的动稳定度小于１　０００次／ｍｍ，根　据结构层应按材料回弹模量自上而下递减的结构组合　原则，以减小沥青混合料层内弯拉应力及剪切应力，　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ剂量采用４　（占沥青质量的百分比），　要求达到动稳定度大于３　０００次／ｒａｍ、低温弯曲破坏　应变均大于３　０００￣￣的技术指标。ＡＣ一２０Ｉ型ＰＲ沥青　混合料高、低温性能试验结果见表１。　表１　ＰＲ沥青混合料高、低温性能试验结果　ＰＲ剂量／　３　４　５　６　备　注　动稳定度　次／ｍｍ　１　５３Ｏ　３　４１０　５　４２Ｏ　８　９Ｏ０　ＡＣ一２０Ｉ　破坏应变／　￡　３　１４５　３　１Ｏ０　２　９５０　（中值分档配料）　３．３　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ－’沥青混合料配合比设计　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ沥青混合料目标配合比设计及生　产配合比设计方法同普通沥青混合料。关键在于混合　料的拌和工艺、试件成型温度，通过试验确定的某合同　段中面层矿料配合比例。最佳沥青用量（油石比）为：　ＰＲ及基质沥青４．５　，ＰＲ沥青混合料不同沥青用量　马歇尔技术指标及最佳沥青用量时的残留稳定度、动　稳定度（见表２）。ＰＲ沥青混合料动稳定度较普通沥青　混合料提高４倍一５倍，显著提高了沥青混合料自身　的高温稳定性。　表２　ＰＲ沥青混合料技术指标（目标配合比设计）　油石比／　４．０　４．５　５．０　０．０　６．Ｏ　试件密度／ｇ・ｃｍ。　２．４３７　２．４４１　２．４４６　２．４３９　２．４２４　理论密度／ｇ・ｃｍ。　２．５５２　２．５３２　２．５１３　２．４９９　２．４６９　沥青体积百分率／　９．１０　１０．２１　１１．３１　１２．３４　１３．３２　矿料间隙率／　１３．６１　１３．８Ｏ　１３．９８　１　４．７ｊ　１５．３１　空隙率／　４．５　３．６　２．７　２．４　１．８　沥青饱和度／　６６．９　７４．Ｏ　８Ｏ．９　８３．７　８８．１　稳定度／ｋＮ　１４．３　１４．１　１２．２　１２．２　９．ｊ　流值／Ｏ．　ｍｍ　２６　３６　４５　４８　ｊ３　马歇尔模数　Ｎ・ｍｍ　５．４３　３．９２　２．７１　２．５５　１．７８　最佳沥青　试件密度／ｇ・ｃｍ。　２．４４　用量　残留稳定度／　９５．３　４．５　动稳定度／次・ｍｍ　３　２ｌ　７　３．４　ＰＲ　ＰＬＡＳＴ．Ｓ沥青混合料施工关键环节工艺要　求　３．４．１　ＰＲ沥青混合料的拌和　３．４．１．１材料及混合料温度控制范围要求　沥青加热温度：１５０　Ｃ一１６０　Ｃ；　集料加热温度：１８５　Ｃ一１９５　Ｃ；　混合料温度：１７５　Ｃ一１８５　Ｃ。　３．４．１．２　ＰＲ的添加　人工或机械直接投入拌和锅中，与集料同时加入。　３．４．１．３拌和时间　干拌时间５　Ｓｍ１０　Ｓ，加入沥青后拌和４０　ｓ一５０　Ｓ。　３．４．２沥青混合料的碾压　３．４．２．１碾压温度要求　初压温度宜为１６０　Ｃ一１７０　Ｃ，不得低于１５０　Ｃ。　３．４．２．２碾压工艺　压路机须遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，尽　可能在高温下碾压成型。碾压工艺宜采用：　２０　ｔ以上胶轮压路机碾压１遍一２遍；　１０　ｔ以上双钢轮压路机振动碾压２遍一３遍；　８　ｔ一１０　ｔ双钢轮压路机静压１遍；　或：　１０　ｔ以上双钢轮压路机振动碾压２遍一３遍；　２０　ｔ以上胶轮压路机碾压１遍一２遍；　８　ｔ一１０　ｔ双钢轮压路机静压１遍。　３．５施工控制的主要技术指标　ＰＲ混合料施工控制的主要技术指标为：　沥青用量：设计值一０．１　设计值＋０．２　；　动稳定度：大于３　０００次／ｍｍ；　压实度：大于９８　；　（下转第２８页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２８・　山西交通科技　表４现场试验结果　・２００２年增刊１　试　验　项　目　１　２　试　４．２　１８．ｏｏ　验　３　结　４　果　５　６　要　３．８　１７．７６　求　空隙率／　稳定度／ｋＮ　４．１　１７．９２　３．９　１８．Ｏ８　４．ｏ　１７．３９　４．３　１８．４６　３—６　大于７．５　２Ｏ一５Ｏ　矿料级配　流值／ｏ．１　ｍｍ　符合要求　３６．２　符合要求　３６．８　符合要求　３７．１　符合要求　３７．８　符合要求　３５．８　符合要求　３６．９　密度／ｇ・ｃｍ。　油石比／　２．５１５　５０　．２．５１３　５．１　２．５１４　５．２　２．５１６　５．１　２．５１１　５．０　２．５１７　５．２　十００．１　一　２％　．透水试验／ｍ・ｍｉｎ＿。　压实度／　饱和度／％　４７　９９．２　７３．６　４０　９９．３　７４．５　３７　９８．９　７５．８　３３　９９．５　７５　３５　９９．７　７３．１　３５　９９．０　７６．３　９８　７Ｏ一８５　Ｔｈｅ　ＣＯｎｓｔｒｕｃｔｉＯｎ　Ｃｏｎｔｒｏｉ　ｏｆ　ＳＢＳ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｂｉｔｕｍｅｎ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ＬＩ　Ｃｈｅｎｇ—ｆｅｉ　．ＹＡＮＧ　Ｚｈｕ—ｑｉｎｇ　（１．Ｓｈａｎｘｉ　Ｙｕａｎｆａｎｇ　Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄａｔｏｎｇ。Ｓｈａｎｘｉ　０３７００６。Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３００１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＳＢＳ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｂｉｔｕｍｅｎ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＢＳ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｂｉｔｕｍｅｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ　（上接第１２页）　路用性能、施工工艺方面取得了一些初步成果。ＰＲ沥　青混合料除具有ＳＢＳ沥青混合料的优点外，还表现出　较好的抗油污染性能，但在沥青路面设计指标如ＰＲ沥　钻芯试件空隙率：６％。　４结语　青混合料１５Ｃ、２０　Ｃ抗压模量，１５　Ｃ劈裂模量等还需进　行大量的试验研究。　ＰＲ沥青混合料经过室内试验研究及运三线上面层１　ｋｍ试验路、太祁罗夏段３７　ｋｍ中面层的应用，在　Ｕｓｉｎｇ　ＰＲ　Ｂｉｔｕｍｅｎ　Ｍｉｘｔｕｒｅ　ｔｏ　Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｗｈｏｌｅ　Ａｎｔｉ—Ｒｕｔ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｂｉｔｕｍｅｎ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ＬｌＵ　Ｙｕ－ｚｈｕ　．ＨＡＮ　Ｐｉｎｇ　（１．Ｔａｉｑｉ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｑｉｎｇｘｕ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０４００。Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｘｉ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｒｅｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｂｉｔｕｍｅｎ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｒｕｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒ—　ｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｗｈｏｌｅ　ａｎｔｉ—ｒｕｔ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｆｏｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＲ　ｂｉｔｕｍｅｎ　ｍｉｘｔｕｒｅ；ｐａｖｅｍｅｎｔ；ａｎｔｉ—ｒｕｔ　ｃａｐａｃｉｔｙ