PR FLEX20抗车辙剂在BBME沥青面层中的应用

李 彬 曾祥育 程 晶

(1.中交一公局集团有限公司 北京 102205； 2.武汉理工大学交通与物流工程学院 武汉 430063)

随着全球经济的不断发展，中非地区的交通运输结构难以满足其经济发展的需要。该地区公路建设也在快速发展。然而，常规沥青路面已经无法适应日益增加的交通量及重轴载，通常在道路通车后不久就会出现车辙、裂缝、沉陷等诸多病害，为了延长路面使用寿命，各国道路工程师也在积极地研究新型路面材料。高模量沥青混合料(HMA)作为一种先进的路面材料，受到了业内广泛的关注。这种类型的道路材料，为中非地区的道路工程建设提供了捷径[1]。

相比常规沥青混合料，HMA具有更高的劲度模量和优异的疲劳寿命，能够有效地防止或延缓车辙病害的产生和发展，从而延长路面使用寿命，显著提高路网的通行能力和运营效率[2]。根据法国NF标准，HMA应用于基层或中下面层被称为EME，应用于上面层被称为BBME。HMA制备方法主要有3种：①采用低标号硬质沥青作为结合料，与一定级配的集料在合适温度拌制而成；②将岩沥青、湖沥青等高熔点天然沥青与石油沥青混合制备结合料，采用这种自调合的结合料制备HMA；③将聚烯烃类添加剂掺入基质沥青中制备高模量沥青，与集料拌制形成HMA[3-4]。聚烯烃类化合物主要包括聚乙烯和聚丙烯，是一种热塑性材料，已广泛用于生产高模量沥青混合料[5-6]。

已有研究[7]表明，掺入聚烯烃类添加剂制备而成的HMA，可显著提高路面的抗车辙性能和抗疲劳性能，减少沥青路面的早期病害。不同类型的添加剂对HMA性能的影响则不尽相同。本文依托雅杜高速公路项目一期工程，介绍用于面层添加PR FLEX20抗车辙剂的BBME混合料的路用性能、施工性能及应用效果。

1 项目概况

喀麦隆雅温得至杜阿拉高速公路项目(一期)所处的气候环境为典型的非洲热带雨林气候区，全年降雨量大且集中，日照时间长且强度高，昼夜温差较大。项目(一期)全长60 km，项目路面主要采用高模量沥青混凝土，结构层形式为：6 cm BBME 0/14面层+9 cm EME2 0/20基层+10 cm EME2 0/20底基层+20 cm级配碎石0/31.5垫层。其中BBME面层使用PR FLEX20抗车辙添加剂。

2 原材料

2.1 沥青胶结料

沥青胶结料对HMA混合料性能起到了关键性作用。本项目沥青面层采用普通50/70基质沥青。50/70基质沥青检测结果见表1，其性质满足法国标准NF EN12591的相关规定。

2.2 集料

对BBME 0/14面层所用集料按照法国规范进行技术指标试验，检测结果见表2。由表2可见，集料均符合法国标准对集料各指标的规定。

表2 集料技术指标检测结果

2.3 PR FLEX20抗车辙剂

PR FLEX20抗车辙剂是法国PRI公司研发的一种高黏度沥青混合料添加剂，它能够对沥青进行改性，在与沥青和集料拌和过程中，可以与沥青发生溶胀和吸附作用相互融合。沥青胶结料中的大分子组分会相对增加。添加剂自身高黏性的性质被传递到沥青中，在提高沥青弹性恢复能力的同时增强了沥青与骨料间的黏结力，从而提高混合料的抗裂、抗拉和抗车辙能力，沥青路面强度和耐久性也得到了提升。PR FLEX20添加剂性能稳定，常温下可长时间存储，且使用方便，采用直投式生产工艺，在沥青混合料干拌过程中直接加入。并且，该添加剂适用性强，满足当地气候、交通条件，以及公路等级的道路石油沥青的改性，适用于BBME、BBM、BBTM、BBA、BBSG、SMA、AC、Superpave等多种混合料，在改性过程中不会发生沥青的氧化，在许多国家得到了广泛的推广和良好的应用效果。

PR FLEX20添加剂呈颗粒状，颗粒直径为2～4 mm，其建议添加量为沥青混合料质量的0.3%。PR FLEX20抗车辙剂产品规格见表3。

表3 PR FLEX20抗车辙剂产品规格

使用PR FLEX20抗车辙剂分别对40/50和50/70基质沥青进行改性，在改性前后测定沥青技术指标，试验结果见表4。

表4 基质沥青改性前后技术指标

由表4可见，通过试验检测，40/50和50/70基质沥青在掺入PR FLEX20添加剂后针入度明显降低，软化点升高，沥青的弹性恢复能力有了显著的提升。40/50沥青的脆点和塑性指数也有了一定程度的提高，使沥青在低温环境下不容易脆裂。PR FLEX20添加剂能够有效提高沥青在高温时的黏度，降低温度敏感性，增大沥青的附着力，提高抗剥落及水稳定性。改性后沥青质地变硬，混合料流动性减弱，使得路面具有良好的高温抗变形能力。

3 抗车辙混合料性能研究

3.1 PR FLEX20抗车辙混合料最佳掺量

与传统观念中骨架密实型结构更有利于抗车辙不同的是，BBME和EME混合料一般采用悬浮密实型结构，这种结构充分利用HMA的高模量和优异的弹性恢复能力，使其具备了良好的抗车辙性能。采用细级配的HMA混合料动稳定度通常在5 000次/mm以上，这说明细级配并不意味着混合料高温稳定性差[8-9]。雅杜高速一期路面工程所采用的BBME混合料的级配见表5。

表5 BBME混合料级配

该项目BBME混合料通过马歇尔试验方法确定的沥青用量是4.5%。基于BBME混合料的配合比，分别外掺混合料质量0%、0.15%、0.3%和0.45%的PR FLEX20抗车辙剂，制备BBME混合料并进行马歇尔试验各项路用性能试验，依据试验结果综合分析并确定其最佳掺量。不同掺量下BBME混合料试验结果见表6。

表6 不同PR FLEX20掺量的BBME混合料试验结果

当PR FLEX20掺量由0%增至0.30%时，沥青饱和度、马歇尔稳定度、动稳定度指标快速提高；当掺量达到0.30%后继续增加，这3项指标的增速明显降低，且水稳定性降低。由于更高的PR FLEX20掺量在增加了工程成本的同时，不能带来较大的性能指标提升，还会影响施工和易性，导致成型的试件发硬发干、易剥落。因此，确定PR FLEX20抗车辙剂的最佳掺量为0.30%。

3.2 不同抗车辙混合料路用性能试验

为了进一步探究PR FLEX20抗车辙剂的应用特点，本节将其与RA型抗车辙剂和LY型抗车辙剂进行对比研究，在相同级配及最佳沥青用量条件下，分别外掺0.30%的3种抗车辙剂制备沥青混合料，并通过马歇尔试验及路用性能试验研究不同类型抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响。不同抗车辙剂制备的BBME混合料路用性能试验结果见表7。

表7 不同抗车辙混合料路用性能试验结果

由表7可知，添加3种抗车辙剂后，混合料的马歇尔稳定度、动稳定度和动态模量均有一定程度的提高。其中，添加PR FLEX20的提升幅度最大。添加抗车辙剂后，PR FLEX20型抗车辙混合料的流值更小，而RA和LY型相比基质沥青混合料，流值增大；PR FLEX20型和LY型抗车辙混合料冻融劈裂强度比明显提高，且PR FLEX20型水稳定性更加优越，而RA型抗车辙混合料的水稳性能则弱于基质沥青混合料。由此可知，相比RA型和LY型抗车辙混合料，PR FLEX20型抗车辙混合料不仅具有更突出的抗车辙能力，而且其动态模量更高，水稳定性更好。

4 BBME混合料应用研究

4.1 BBME混合料路用性能验证

掺入PR FLEX20添加剂的BBME混合料，首先按照法国PCG旋转压实试验研究其压实特性。然后根据法国标准要求，通过多列士试验、法国轮辙试验、两点梯形梁复数模量试验和疲劳试验对高模量沥青混合料的四级指标进行检测。BBME混合料相关试验结果及法国标准对其性能指标的要求见表8。

表8 BBME混合料法国标准性能试验结果

由表8可知，添加PR FLEX20的BBME混合料均满足法国标准对高模量沥青混合料的四级指标的要求，并且PCG成型的试件空隙率较低，这在一定程度上有利于抵抗水损害，同时，PR FLEX20改性后的沥青对集料的黏附能力更强，这也是BBME混合料水敏感性抗压强度较高的原因。BBME混合料在60 ℃时的车辙变形率仅为2.77%，其抵抗车辙变形的能力十分显著，这确保了BBME沥青面层具备了良好的高温稳定性，能够有效减少路面早期病害的产生。BBME沥青混合料复数模量达到10 592 MPa，其疲劳失效应变为117.2×10-6。混合料自身具有较高的模量，在相同的荷载下产生应变更小，同时又具有较好的抗疲劳性能，这与沥青胶结料突出的弹性恢复能力密不可分。因此，添加PR FLEX20的BBME混合料具备良好的水稳定性、较高的复数模量和优秀的抗车辙和抗疲劳性能，能够较好地适应喀麦隆雅杜高速高温、雨季集中的气候环境。

4.2 BBME面层摊铺要点

BBME面层施工前，对基层表面进行清理后，洒布黏层油。将拌和好的沥青混合料运输过程中覆盖苫布保温。施工过程中要严格控制混合料的出厂温度、摊铺温度与碾压温度，温度控制指标见表9。

面层施工中，对行车道8.5 m宽的BBME 0/14面层和紧急停车带3 m或者3.255 m的BBME使用2辆摊铺机同时摊铺，摊铺机间距不大于30 m。对于横向接缝，在摊铺前，将已摊铺的沥青料末端切割整齐，清扫接缝处，对切口涂刷黏层油，再进行摊铺、碾压。行车道沥青面层BBME施工采用平衡梁法来控制摊铺厚度。摊铺机以2.0～2.5 m/min匀速行驶，确保均匀不间断摊铺。紧急停车带BBME摊铺机通过内侧滑靴走在已摊铺完成的BBME表面上，外侧采用2.5%横坡进行控制。行车道BBME及紧急停车带BBME松铺系数为1.2，沥青混合料BBME摊铺厚度根据其松铺系数确定，以保证压实后的厚度为6 cm。

4.3 BBME面层碾压工艺

改性后PR FLEX20与沥青发生融合，相当于提高了沥青混合料中胶结料的含量。密级配、高胶结料用量的BBME混合料具有良好的施工均匀性，相对来说更易压实。BBME面层的碾压采用初压、复压、终压的步骤进行。具体的碾压方案见表10。

4.4 质量控制与验收

BBME面层施工完成后，按照法国CCTP专项规范对路面压实度、平整度等进行全面检测，规定的质量控制指标见表11。经检测，BBME面层压实度、纵向和横向平整度，以及路面高程均满足CCTP的相关要求。

5 应用经济性

PR FLEX20添加剂在BBME面层中的应用，极大提高了沥青混凝土的抗车辙性能，改善沥青混合料的抗疲劳性能，延长道路养护时间，延长路面的使用寿命。这进一步提高了工程质量，满足项目建设的质量要求。

对于PK0-PK60路段面层工程建设，将使用8 cm BBMA3普通沥青混凝土和使用6 cm添加PR FLEX20的BBME混凝土进行对比分析，工程量和造价对比结果见表12。

表12 PK0-PK60不同类型沥青混凝土面层对比分析

由表12可知，在PK0-PK60标段应用PR FLEX20添加剂，虽然导致沥青混合料单价增加，但是减少了约25%的沥青面层工程量，约合2.76万m3混凝土，为业主降低成本约为871万美元。沥青面层路面工程量的减少，节约了施工时间，同时降低了能源消耗、减少了碳排放量，达到节能减排的效果。

6 结论

截止2021年底，项目已完成50 km的沥青面层的施工，完成摊铺沥青面层混合料共17.45万t，其中使用PR FLEX20抗车辙剂523.5 t，累积了大量法国标准下的施工经验。通过对PR FLEX20抗车辙剂和添加PR FLEX20生产的BBME混合料的研究以及现场应用分析，得出以下结论。

1)PR FLEX20高黏度添加剂在拌和过程中，可以与沥青相互融合对沥青进行改性，增强了沥青与骨料间的黏结力，提高沥青的弹性恢复能力，从而提高高模量沥青混合料的高温抗车辙能力和低温性能，沥青路面强度和耐久性也得到了提升。

2)通过路用性能试验研究发现，相比RA型和LY型抗车辙混合料，PR FLEX20型抗车辙混合料具有更高的动态模量、更突出的抗车辙能力和水稳定性。

3)在喀麦隆雅杜高速一期路面工程中，通过法国标准四级性能指标试验验证，使用PR FLEX20添加剂的BBME混合料具备良好的水稳定性、较高的复数模量和优越的抗车辙和抗疲劳性能，能够适应喀麦隆当地高温、多雨和强日照的气候条件。

4)通过现场施工工艺和质量控制，BBME面层满足项目建设的要求。同时，它能够减薄层高，减少工程量，降低整体工程造价，带来良好的经济效益和社会效益。