瀝青改性養護車轍方案

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高速公路作為帶動社會經濟發展的強大支撐，已成為我國市場經濟條件下區域發達程度的一種標志。但隨著高速公路交通量的日益增大，路面在車輛動荷載的反復作用下，出現了不同類型和程度的病害，特別是大型、重型車輛在高速公路上行駛的過程中，形成習慣性占用特定車道的渠化現象，在車輪通過頻率較高的地方出現連續橫向變形——車轍，有時還會延伸數公里。

車轍是瀝青路面受到荷載反復作用后在橫斷面上產生凹陷或凸起的變形，是一種路面結構的永久性變形。如果車轍由路面結構層推移引起，會出現中間凹陷而兩側凸起；如果由于輪胎磨耗引起，則只會出現凹槽部分。車轍病害會降低路面的平整度，使病害處瀝青層厚度變薄，削弱了面層及路面結構的整體強度，從而易于誘發其它病害；雨天時還會造成路表排水不暢，降低了路面抗滑能力，凹陷處的積水還會而導致車輛漂滑，嚴重的車轍還會使車輛在超車或改變車道時，出現方向失控等嚴重的安全隱患。

高速公路路面結構層設計通常都會對混合料級配和瀝青用量進行嚴格驗算，施工過程中更是采用電腦精確配比以使設計參數得以保證，因此，路面結構層的耐磨性能相對要好得多。夏季高溫期，陽光的直射作用會加速路面面層瀝青混合料的軟化和老化，如果此時重型車輛頻繁通過，便會加速推移變形的快速發展。高速公路養護過程中，路面結構層推移變形的車轍病害是路面養護的重點之一。

運城至三門峽高速公路（以下簡稱“運三公路”）是山西省南部晉煤外運的重要出口，該公路K12到K23路段穿越中條山脈黃土塬梁區，海拔高差達400m，其中K19+550至K20+086路段的路面縱坡更是達到了4.9%的設計極限。運三公路上行半幅行車道是重載車輛通行的主車道，由于道路縱坡大，車體重，車輛行駛速度非常緩慢，在夏季高溫季節里，這條車道被車輛輪胎反復作用后，便出現了兩條明顯的車轍病害，車轍沿行車方向延伸達10多公里，平均變形深度達到5cm，最大的變形深度達到30cm以上，嚴重影響行車安全。

筆者在養護生產過程中，通過對運三公路K14+050至K14+350上行半幅車轍較嚴重的路段進行了試驗性修復，經過3個月定時定點觀測得出：PR瀝青改性技術是高速公路養護車轍治理的有效方案。

一、改性劑的選擇

在試驗前，我們對常用的瀝青改性劑進行篩選，發現苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）瀝青添加劑和PRPLAST.S瀝青添加劑（以下簡稱“PR改性劑”）都曾被廣泛應用。但由于SBS改性劑是“熱塑性彈性體”，要生產此類聚合物的瀝青混合料，需要具備三個條件：（1）要求瀝青材料具有對SBS聚合物的相容性。因瀝青成分各異，不是所有瀝青都具有這種相容性，這樣原材料的選擇具有局限性；（2）需要專門的設施來保證改性瀝青攪拌溫度控制在160℃至210℃之間，還要配備一臺具有一定剪切力的強勁攪拌機，這樣機械設備的使用具有局限性；（3）經過添加聚合物而改性的瀝青不能長時間貯存，否則聚合物的性能會很快降低，這樣不能滿足養護生產隨機用料的需求；

因此，SBS改性劑不宜在高速公路養護生產中推廣。同時，運三高速公路路面結構的上面層本身就采用SBS改性瀝青混合料鋪筑，通過對近3年來的使用效果分析，雖然路面防滲性能得到提高，但車轍病害依然嚴重。

PR瀝青改性劑是平均直徑為4mm的黑色顆粒，可在常溫下長期保存，25℃下的密度為0.91~0.965g/cm3，熔點為140℃，施工中可以直接投入瀝青混凝土拌合機與熱骨料同時拌合，使其均勻分散在瀝青混合料中，而不必事先進行瀝青-聚合物的混合。

PR改性劑依靠其在瀝青混合料中的嵌擠、鋼筋、膠結作用來提高瀝青混合料的路用性能。國內外道路研究者的研究表明，采用添加PR改性劑的瀝青混合料可以有效提高瀝青路面的熱穩定性。此外PR改性劑還具有四個優點：（1）無需相容性瀝青；（2）無需專門的生產設施；（3）沒有膠結料的貯存問題；（4）可準確掌握用量，避免了聚合物和改性瀝青的浪費。因此，我們最終確定采用PR改性劑作為養護生產中車轍治理的關鍵材料。

二、PR改性劑的物理性能分析

為了驗證PR改性劑在提高瀝青混合料抗車轍性能的可靠性，筆者進行了PR改性瀝青混合料車轍試驗。

試驗中，我們使用輝綠巖按照AC-13I分檔配料，油石比為5.3%，采用室內拌合工藝，當骨料溫度達到180℃至185℃時加入PR改性劑，干拌30秒后加入瀝青，再濕拌3分鐘。所有試件均在室溫條件下保存48小時，然后在60℃條件下養生5小時后進行試驗。

通過對車轍試驗結果進行分析可以得出，隨著PR改性劑含量的增加，試件抗車轍能力逐步提高。

三、PR改性劑用量的確定

在試鋪試驗路段之前，我們還進行了瀝青混合料低溫彎曲試驗，以分析改性瀝青在低溫條件下抗剪切性能的變化。

試驗中我們采用了與車轍試驗相同的原材料，并用相同的油石比，在相同環境下進行室內拌合，制成試件，最后在-10℃低溫條件下進行彎曲試驗。

通過對低溫彎曲試驗結果進行分析可以得出，隨著PR改性劑含量的增加，試件在低溫條件下抗剪切的能力逐漸減弱，抗剪切變形的能力也逐漸減弱。

綜合分析PR改性瀝青混合料的車轍和低溫彎曲的試驗結果，并結合山西地區氣候特點，最終確定的PR改性劑合理劑量為瀝青質量的5%，并以此作為本次車轍病害試驗性修復的控制要點之一。

四、混合料拌合溫度的確定

雖然PR改性劑的熔點為140℃，但為確保混合料拌合均勻，仍需較高的拌合溫度。

考慮到拌合溫度對試件抗車轍能力的影響，我們仍然采用前文所述的原材料按照相同的方法制成試驗試件。與之不同的是，在加入PR改性劑時的骨料控制溫度不同。

通過對車轍試驗結果進行分析可以得出，隨著拌合溫度的提高，試件的抗車轍能力在180℃時能保持在穩定的狀態，雖然在205℃時，試件的動穩定度達到了5250次/mm，但在高速公路養護生產過程中，采用如此高的拌合溫度并不經濟。

因此，最終確定180℃為PR改性瀝青混合料的最佳拌合溫度，并以此作為本次車轍病害試驗性修復的控制要點之一。

五、試驗路段平整度觀測分析

試驗中，我們采用AH-90散裝瀝青作為主要材料，瀝青混合料包括級配碎石、石屑、砂和礦粉，通過馬歇爾試驗確定的混合料最佳瀝青含量為4.4%，密度為2.430g/cm3。

我們還將運三公路K14+050至K14+350段上行300米行車道作為車轍治理的試驗路段，并將該路段劃分為三個對比段落，即：A段50m，K14+050至K14+100；B段150m，K14+100至K14+250；C段100m，K14+250至K14+350。通過對路面各結構層是否添加PR改性劑進行比較，來分析PR改性劑對提高路面抗車轍能力的作用，如下表所示：

路面結構A段B段C段

上面層4cmAC-13IPRPRPR

中面層5cmAC-20IPRPR/

下面層6cmAC-25IPR//

表中劃“/”的結構層，表示采用普通瀝青混凝土鋪筑。施工過程中，我們將試驗路段內15cm厚瀝青混凝土面層全部銑刨干凈，并在不同段落接頭處均挖成階梯狀分層鋪筑，以保證接縫平順密實。

施工完成后，我們每間隔30天就對試驗路段內3個對比段落的30個檢測點分別進行橫向平整度觀測，以分析車轍修復效果。經分析可以看出，隨著時間的推移，試驗路段橫向平整度在不同段落都呈現衰減趨勢，但對于每個結構層都經過改性的段落而言，平整度的變化相對較慢，變化幅度也相對較小，車轍病害的試驗性修復達到了預期效果。

六、結論

1、PR改性劑的使用對瀝青混凝土路面的高溫穩定性能具有明顯的改善，特別適宜山嶺重丘地區及重載大交通量的路段使用。

2、在運用PR改性瀝青混合料的施工時，無需增設專用設備，施工工藝簡單，與普通瀝青混合料相同，特別適用于高速公路的養護。

3、PR改性瀝青混合料的生產成本介于普通瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料之間，使用后路用性能提高，與SBS改性瀝青相比還能降低養護成本。

因此，PR瀝青改性技術是高速公路養護生產過程中，在處理車轍病害問題上比較好的治理方案，值得推廣。