AC-20高模量改性沥青混合料的研制

钟磊

厦门市政工程公司（361000）

AC-20高模量改性沥青混合料的研制

钟磊

厦门市政工程公司（361000）

简述AC-20高模改性沥青混合料的研制及生产。该型沥青混合料的研制成功，较大幅度提高了沥青路面的承载能力及抗形变恢复能力，有效延长了沥青路面的使用寿命，给沥青生产施工企业带来了良好的经济及社会效益。

高模改性沥青；沥青混合料；性能；混合料；经济效益

通过选择优质石材，合理调整粗细骨料级配曲线以及使用经高模改性后的沥青和外掺剂所生产出的高模量改性沥青混合料性能稳定，具有良好的荷载承受能力和弹性恢复能力，非常适合大型机场跑道、超重交通公路等工程项目，在国外已被大量运用。随着我国公路运输车辆及载重量的与日剧增，沥青路面车辙、沉陷、网裂等各类病害也层出不穷。高模量改性沥青混合料的运用将有效提高沥青路面的承载能力和抗形变能力，极大地保障了高等级公路使用性能，延长沥青路面的使用年限，节约了沥青路面病害处置的人力物力，因此具有广泛的使用空间和重要的推广价值。

1 工程概况

厦门高崎国际机场位于厦门岛的东北端，距厦门市中心10公里；地处闽南金三角的中心地带，与台湾隔海相望，三面临海，环境优美，净空条件优越，具有良好的区位优势。2011年厦门机场完成旅客吞吐量超1 500万人次，居全国第11位。机场自2007年对飞机跑道道面进行了二次沥青混凝土加铺以来，道面承载能力下降，跑道端、联络道及平滑道等处局部出现沉陷、拥包、车辙等病害现象。经专业机构检测分析，病害产生的主要因素系中下面层沥青混凝土承载能力和抵抗流动性车辙的能力较差，应将改造的重点放在提高中下面层沥青混合料弹性恢复能力与动稳定度极限上。

2 研制目标

结合工程施工设计图文件，通过科技创新自主研发具有优异性能指标的高模改性沥青及抗车辙性能突出的优质沥青混合料。主要提高的技术指标如下：

1）高模改性沥青性能提高目标见图1、图2。

图1 高模改性沥青软化点提高目标

图2 高模改性沥青弹性恢复提高目标

2）高模改性沥青混合料动稳定度提高目标见图3。

3）高模量改性沥青及混合料的其他性能指标均需符合国家现行规范标准和设计文件要求规定。

3 研制方案

1）高模改性沥青的制备

在试制过程中选用各项性能指标较好的壳牌A级70#沥青作为基质沥青，使用嵌段比为4：6的星型SBS改性剂进行高模改性沥青的制备。基质沥青、普通SBS改性沥青与高模量改性沥青的主要技术指标详见表1。

图3 高模改性沥青混合料动稳定度提高目标

表1 基质沥青、普通SBS改性沥青及高模量改性沥青主要技术指标

相对于嵌段比3：7的普通线型SBS改性剂的改性效果，嵌段比4：6的星型SBS改性剂赋予改性沥青更高的材料强度和更好的弹性恢复能力。不过由于星型改性剂的特殊分子结构，在制备高模量改性沥青的过程中应注意延长改性剂在基质沥青中的溶胀时间并适当增加胶体磨的研磨遍数，以确保改性剂能充分熔入基质沥青形成稳定的高模量改性沥青胶浆。

2）高模量改性沥青混合料的配合比设计

在进行混合料配合比设计的过程中,笔者针对近年来厦门地区沥青路面高温车辙病害现象进行重点研究。通过对病害路面沥青结构取样分析,高温车辙的多发是因为普通沥青混合料均采用悬浮密实型结构，即：整个沥青混合料中粗集料所占比例很少，大颗粒集料均悬浮在细集料和沥青之间无法有效承受荷载压力，导致该类型沥青混合料虽然密实度较高，但稳定度较差，在高温下容易产生流动车辙变形。本次配合比的设计在依照民航规范的同时，较多参考了交通部的JTG F40-2004沥青路面施工的相关规定，通过选用经反击破工艺生产的玄武岩石材并增加了4.75mm以上骨料的用量，使粗集料在混合料中能相互嵌挤形成骨架，将沥青混合料传统的悬浮密实型转变为骨架密实型，在提升沥青混合料稳定度的同时也增强了沥青路面结构的承载能力。另外考虑到飞机自重大、轮子少、应力集中等特点，在沥青混合料的拌制过程中通过掺加一定比例的抗车辙剂来进一步提高道面沥青结构层动稳定度，有效防止车辙病害的产生。

3）高模量改性沥青混合料的拌制

为保证沥青混合料的质量，必须使用状态良好的间歇式拌合机，严格按最佳油石比控制混合料中沥青的含量，每批次混合料的油石比允许误差应控制在-0.1%～+0.3%范围内。拌合时间应能使集料所有颗粒被沥青胶浆均匀包裹。混合料出厂时应颗粒均匀、色泽一致、无花白料、结块或成团现象。沥青混合料拌合及成型温度范围详见表2。

表2 改性沥青制备及沥青混合料拌合温度范围

4 工程实施效果

在高崎机场飞行区病害沥青道面改造工程的施工过程中，对批量制备出的高模改性沥青及AC-20高模改性沥青混合料进行了随机取样，重点针对沥青的软化点、弹性恢复以及混合料动稳定度等指标进行检测。试验数据见表3。

高模量改性沥青及其混合料的其他各项性能指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的规范要求。使用嵌段比为4：6的星型SBS改性剂来制备高模量改性沥青用于沥青混合料的生产，并在搅拌过程中添加一定比例抗车辙剂以提高混合料动稳定度。

5 经济效益分析

5.1 自主研发高模改性沥青成本估算

1）原材单价

A级AH-70#进口壳牌基质沥青单价为5 600元/吨。

S/B4：6的星型SBS改性剂单价为21 000元/吨。

2）自主研发的高模改性沥青中每吨成本价格估算：

按每吨成品高模改性沥青中使用5%SBS改性剂的投量计算，自主研发的高模改性沥青材料价格为：

95%基质沥青×5 600元/吨+5%特殊嵌段比SBS改性剂×21 000元/吨=6 370元/吨。

其他成本约占产品总成本的20%，即：6 370÷ 80%×20%=1 592.5元/吨。

自主研发高模改性沥青每吨成本约为：6 370+1 592.5=7 962.5元/吨。

3）目前国内市场上成品高模改性沥青的销售价格为9 200元/吨。

因此，每使用一吨自主研发的高模改性沥青就能节省材料成本约1 200元。另外由于自主生产高模改性沥青，可以根据施工进度的实际混合料的需求，调整高模改性沥青的制备数量，做到随用随制，有效避免了外购成品高模沥青“使用一吨就必须加热一罐”所带来的不必要浪费,在节约了间接生产成本，提高了经济效益的同时，也响应了国家关于节能减排的绿色环保政策。

6 结语

2013年夏季我国普遍出现超高温天气，全国多处机场沥青混凝土跑道出现了不同程度的沉陷、车辙、拥包等高温病害现象。但与2013年初完工的厦门高崎国际机场飞行区局部病害沥青道面改造工程项目却经受住了极端气温的考验，改造后的飞行道面未出现任何高温病害现象，有力保障了厦门空港航班的正常起降。

综上所述笔者认为：将具有良好抗形变恢复和优异抗车辙能力的高模量改性沥青混合料，推广运用于机场跑道、高速公路、城市主干道等重点工程项目,能有效减轻甚至避免高温车辙病害的产生，在提高沥青路面中下层结构承载能力的同时也延长沥青混凝土路面的使用寿命，并进一步降低了沥青路面的维修成本，为施工企业带来巨大的经济与社会效益。

[1]JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]JTJ 052—2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[J].

[3]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社, 1999.