刘喆 李祯
摘要：为了研究RK300高模量沥青改性剂在公路养护中的应用，通过对比RK300高模量沥青混凝土与SBS改性沥青混凝土的路用性能分析了RK300的改性机理，并将RK300改性剂应用于南阳市S103段试验路。结果表明：RK300高模量改性沥青混凝土的路用性能明显优于SBS改性沥青混凝土和普通沥青混凝土，其抗车辙动稳定度是SBS改性剂沥青混合料的2倍以上，且其低温抗弯拉性能和水稳定性也显著提高。
关键词：公路养护；改性机理；高模量改性剂；沥青混合料
中图分类号：U418.4文献标志码：B
Abstract： In order to study the application of RK300 high modulus modifier in highway maintenance， the modification mechanism of RK300 was analyzed by comparing the road performance of RK300 modified asphalt concrete with SBS modified asphalt concrete， and the RK300 modifier was applied to the test road of S103 section in Nanyang. The results show that the performance of RK300 modified asphalt concrete is better than that of SBS modified asphalt concrete and ordinary asphalt concrete； its antirutting dynamic stability is 2 times more than that of SBS modified asphalt mixture， and the lowtemperature flexural and tensile strength and water stability are also significantly improved.
Key words： highway maintenance； modification mechanism； high modulus modifier； asphalt mixture
0引言
南阳市地处中原，属于北亚热带湿润季风气候，四季替换较为明显，加之南阳地区公路交通量日益增大，沥青路面产生了大量车辙。车辙的实质是夏季高温、太阳辐射等因素使得路面温度升高，而沥青路面吸热大，致使沥青混凝土达到甚至超过沥青结合料的软化点，在车轮荷载反复作用下产生压缩和剪切流动变形，从而形成辙槽[15]。辙槽内如果积水极易导致交通事故，而传统的沥青路面材料和施工工艺不足以有效解决车辙问题。
目前，行业内主要采用改性沥青提高路面的使用性能，改性剂种类较多且性能也有不同程度的差异[67]。孙志林等人研究了路孚800、TPS（TAFPAVKSuper）、Sasobit、
SBS及PE改性劑对沥青混合料疲劳性能的影响，结果表明TPS和SBS改性沥青混合料的抗疲劳性能显著改善，且使用剂量影响改性效果[8]；陈华鑫等通过加入10%的硫磺改善了SBS沥青的存储稳定性，但是此法很难控制硫原子渗入SBS与沥青发生反应[910]；陆兆峰等研究了天然岩沥青改性沥青混合料对路用性能的影响，结果表明岩沥青使改性沥青混合料的高温性能、力学性能、抗疲劳性能和抗水损害能力有所提高，低温性能下降[11]；沙爱民等对高模量沥青混凝土进行了系统研究，结果表明高模量沥青混凝土可以有效解决沥青路面的高温车辙问题[1213]。本文通过在普通沥青中掺加RK300改性剂，研究沥青混合料的抗车辙能力及抗损侵害能力，并通过实体养护工程提出高模量RK300沥青混合料的施工工艺，同时进一步验证其推广应用的可行性。
1试验材料及混合料级配
1.1RK高模量沥青混凝土改性剂
RK300改性剂外观为黑色颗粒，粒径大小均匀，无黏结，密度为0.91～0.98 g·cm-3，熔点为140 ℃～150 ℃，软化点不小于90 ℃。推荐沥青混凝土RK300外掺比例为03%或0.4%，其技术性质如表1所示。
1.2试验级配
采用AC13型级配，沥青混合料中0～3 mm、3～7 mm、7～12 mm、12～18 mm集料及矿粉的含量分别为28%、28%、34%、6%、4%，检测指标符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG E20—2011）对高速公路、一级公路的技术要求，掺加03%RK300高模量改性剂的AC13沥青混合料的技术性质如表2所示。
2试验结果及分析
2.1沥青的黏附性
为证实RK300具有良好的抗水损害能力，采用水煮法对2种沥青的黏附性进行测试，将RK300掺入国产70#沥青中，与未掺加RK300的70#沥青进行对比试验，所用石料为花岗岩。沥青与石料的黏附效果见图1、2。
由图1、2可观察到，未添加RK300时，沥青没有均匀地裹敷石料，且出现大面积剥落现象；而添加RK300后，沥青黏附性得到了明显改善，水煮后沥青没有出现任何剥落现象，仍然很均匀地裹敷着石料，黏附效果良好，说明掺有RK300的沥青有较强的抗水损害能力。
2.2路用性能及改性机理分析
将不同RK300掺量下的改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料进行路用性能试验，检测结果如表3所示。
由表3可以看出：RK300高模量沥青混凝土的检测指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG E20—2011）对高速公路、一级公路的要求，且远远高于国家规范；同时，使用RK300高模量改性剂的沥青混凝土各项性能指标均明显优于SBS改性沥青混凝土和普通沥青混凝土，尤其是抗车辙稳定度。掺加04%RK300改性剂的沥青混合料稳定度约为SBS改性沥青混合料的3倍，这是因为RK300改性沥青的软化点高（70 ℃以上），提高了路面的抗高温性能，有效避免了车辙的发生。
在公路的养护过程中，坑槽是路面出现最频繁的病害，降雨后和晚冬初春冻融时期都是沥青路面坑槽破损的高发期。由表3可见，经RK300改性后的沥青混合料浸水马歇尔残留率升高，主要原因在于将RK300加入沥青、矿粉搅拌，改性添加剂膜与沥青膜形成过渡层，部分熔化后的成分在沥青中以极为离散的状态凝固，形成高强而稳定的固化结构，增强了沥青的稠度与黏度[1417]。一部分熔化的成分及少量未熔的成分裹附在石料表面，使石料与沥青、石料与石料之间形成搭桥作用，产生较大的黏结力，增加了沥青与骨料的黏附性，使得沥青混合料具有稳定的结构，从而大大降低沥青路面的渗透性，提高抗水损害能力，有效避免坑槽的发生。
温度骤然降低是沥青路面产生裂缝的主要原因，即温度应力或温度收缩变形超过了沥青混凝土材料的容许应力或变形[1819]。由表3可知，经RK300改性后的普通沥青混合料路面的低温弹性恢复能力大大提高，添加03%RK300的沥青混合料低温小梁弯曲破坏应变可达到改性沥青混合料的程度，随着添加量的提高会大大超越改性沥青混合料的实测数据。主要原因是：RK300熔化的成分部分在沥青相中形成网格（构成空腔状微粒群），使沥青混合料的韧性增强，提高了路面的弹性模量，改善其形变和快速恢复能力。
3RK300高模量沥青混凝土改性剂的生产和施工
3.1RK300高模量沥青混凝土改性剂使用方法
RK300高模量改性剂的使用极为简便，可直接对沥青混合料进行改性，不需要提前对沥青进行改性，拌和站不再需要增加改性沥青储罐，如图3所示。在生产混合料时，将矿料加热后与RK300同时投放搅拌锅干拌10 s，再喷入热沥青进行拌和，出料就是成品RK300高模量沥青混合料，如图4所示。
量为3 t，拥有沥青罐4个，总沥青储备能力为200 t；现场摊铺机1台；13 t双钢轮压路机2台，26 t胶轮压路机1台；沥青混合料运输车10辆，每辆运输能力为60 t。
本项目采用人工投放RK300，投放人数为3人，2人负责上料及解包，1人负责投放。因拌和站有用于运送热再生料的履带，所以RK300改性剂由工人投放至履带，而后送进搅拌锅，当石料进入拌和仓时立刻将RK300放入。沥青称延时放料时间为12 s（即RK300干拌时间约为10 s），喷入沥青后的湿拌时间为35 s。
3.3.1RK300高模量沥青混凝土的摊铺
RK300高模量沥青混合料采用履带式沥青摊铺机摊铺，经测量每车沥青混合料到场温度为167 ℃左右。摊铺温度不低于160 ℃，实地抽查基本在163 ℃左右。摊铺机缓慢、均匀、连续摊铺，无随意变换速度或中途停顿的现象，摊铺速度控制在3～5 m·min-1内。摊铺机运转状态良好，螺旋布料器两端的自动料位器调试良好，料门开关与链板送料器的转速相匹配。螺旋布料器的料量略高于螺旋布料器的中心。摊铺机熨平板拼接紧密，无缝隙。
3.3.2RK300高模量沥青混凝土的碾压
（1）初压时钢轮压路机紧跟摊铺机，基本遵循慢压、高频、低幅的原则。碾压温度基本在160 ℃左右，速度为15～3 km·h-1。
（2）复压采用1台钢轮压路机连续碾压。碾压开始时混合料的实测温度为140 ℃左右，碾压速度为3～5 km·h-1
（3）终压采用钢轮压路机碾压1遍，紧跟在复压后进行。碾压时无推移、开裂等情况发生。碾压速度为3～4 km·h-1，实测温度为100 ℃左右。
（4）碾压过程中未出现压路机急转弯、急刹车现象，碾压时的路面设置有禁止通行及安全标识，禁止行人及车辆在未碾压成型的路面上通行。
（5）碾压后未成型的路面禁止车辆停放，并避免污染现象的发生。
（6）摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于70 ℃后可开放交通。
4跟踪调研
2015年4月和2016年1月分別对RK300高模量沥青混凝土路面和SBS改性沥青混合料路面进行了回访。
2015年4月回访发现，RK300高模量沥青混凝土路面和SBS改性沥青混合料路面情况良好，没有出现车辙、水损坏、脱落、麻面等路面早期病害，如图5、6所示。
2016年1月回访发现：RK300高模量沥青路面基本情况良好，未出现任何车辙现象，除雪后路面较干燥，防滑性能良好，如图7所示；SBS改性沥青路面已经出现车辙，存在大面积的裂缝，路面较潮湿，甚至有积水，防滑性能不如RK300高模量沥青路面，如图8所示。
图8SBS改性沥青混凝土路面（2016年1月）
5结语
本文通过对RK300高模量改性剂在干线养护工程中应用的研究，取得了以下主要技术成果。
（1）RK300高模量沥青混凝土改性剂只需要对普通沥青混凝土做改性即可，省略沥青改性过程，使用更方便。
（2）试验检测数据表明，RK300高模量沥青混凝土的动稳定度达万次以上，有较强的高温抗车辙能力，低温小梁弯曲破坏应变满足国标要求，高、低温性能兼具；另外，掺有RK300的沥青有较强的抗水损害能力，其混合料的水稳定性也得到了明显改善。
（3）RK300高模量改性剂在河南省S103南阳段的成功应用，为其在河南省其他干线公路的进一步推广提供了有益经验。
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