1 工程概况 汾柳高速公路全长78Km , 采用半刚性沥青路面结构形式，汾柳高速公路重载车辆较多并且弯多坡大，整个路线穿越吕梁山，自然条件相对恶劣，根据SBS改性沥青的良好的路用效果，选定上、中面层均采用SBS改性沥青作为胶结料，同时利用最大密度曲线理论原则制定设计级配范围。通车一年来沥青路面使用性能良好。以下介绍具体的应用情况。 2 基质沥青及改性沥青
1 工程概况
汾柳高速公路全长78Km , 采用半刚性沥青路面结构形式，汾柳高速公路重载车辆较多并且弯多坡大，整个路线穿越吕梁山，自然条件相对恶劣，根据SBS改性沥青的良好的路用效果，选定上、中面层均采用SBS改性沥青作为胶结料，同时利用最大密度曲线理论原则制定设计级配范围。通车一年来沥青路面使用性能良好。以下介绍具体的应用情况。
2 基质沥青及改性沥青
2.1基质沥青
汾柳高速公路上、中面层基质沥青分别采用壳牌90号和SK90号两种沥青，其技术性能指标见表1。
基质沥青试验结果 表1
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试验项目
|
技术要求
|
试验结果
|
||
|
壳牌90号
|
SK90号
|
|||
|
针入度P(25 ℃,100g ,5S) , (0. 1mm)
|
80-100
|
83.0
|
81.0
|
|
|
针入度指数PI
|
-1.5-+1.0
|
0.046
|
-0.445
|
|
|
软化点（℃）
|
≥44
|
44.5
|
44.5
|
|
|
10℃延度(cm)(5cm/min)
|
≥30
|
＞150
|
＞150
|
|
|
15℃延度(cm)(5cm/min)
|
≥100
|
＞150
|
＞150
|
|
|
蜡含量(蒸馏法) (%)
|
＜2.2
|
1.31
|
1.72
|
|
|
TFOT (163℃,5h)
|
||||
|
质量变化
|
-0.8-+0.8
|
+0.06
|
+0.03
|
|
|
残留针入度比(%)
|
≥57
|
68.9
|
63.2
|
|
|
残留延度
|
10℃
|
≥8
|
28.3
|
11.8
|
两种沥青均满足道路石油沥青90号A级技术标准，可以用于本高速公路沥青路面上、中面层。
2.2改性沥青
将壳牌和SK两种基质沥青分别掺加不同剂量（内掺3.5-5.5%）和不同厂家SBS改性剂（燕山4303和岳阳道改2#），采用室内高速剪切设备制备改性沥青,剪切速度为3000n/ min。制备时,首先将基质沥青加热到160～170 ℃,加入SBS 改性剂,同时升温至170～180 ℃,搅拌15min ;然后在180～190 ℃的条件下高速剪切30～40min ;最后在180 ℃左右搅拌10min ,即制成改性沥青。试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(J TJ 052 - 2000) 中的要求进行。经过试验数据分析得到：两种改性剂在相同剂量下改性效果接近，考虑价格和供应情况选定燕山4303；根据山西省改性沥青常用技术标准（见表2）选定上面层SBS剂量4.5%，中面层4.0%。两种改性沥青试验数据见表3。
SBS改性沥青技术要求
表2
|
项 目
|
上面层SBS改性沥青指标
|
中面层SBS改性沥青指标
|
|
| 针入度25℃,100g,5s (0.1mm) |
40-60
|
40-60
|
|
| 针入度指数（PI） 最小 |
+0.2
|
-0.2
|
|
| 延度5℃,5cm/min （cm） 最小 |
30
|
30
|
|
| 软化点 TR&B （℃） 最小 |
75
|
60
|
|
| 运动粘度135℃ （Pa.s） 最大 |
3
|
3
|
|
| 闪点 (℃) 最小 |
230
|
230
|
|
| 溶解度 (%) 最小 |
99.5
|
99.5
|
|
| 离析，软化点差 (℃) 最大 |
2.5
|
2.5
|
|
| 弹性恢复25(℃) (%) 最小 |
90
|
80
|
|
| RTFOT 后残留物 |
质量损失 (%) 最大 |
1.0
|
1.0
|
| 针入度比25℃ (%) 最小 |
70
|
65
|
|
| 延度 5℃ (cm) 最小 |
20
|
20
|
|
| 细度（μm） 最大 |
5
|
5
|
|
| 生产温度（℃） 最大 |
180
|
180
|
|
| 到达工地温度（℃） 最小 |
140
|
140
|
|
| 在搅拌条件下储存稳定性（天）最小 最小 |
7
|
7
|
SBS改性沥青室内试验结果汇总 表3
|
检测项目
|
壳牌90+4.5%SBS
|
SK90+4%SBS
|
|
|
针入度（25℃、5s、0.1mm）
|
55.73
|
59.73
|
|
|
针入度
指数PI
|
15、25、30℃
|
0.976
|
0.199
|
| 软化点（℃） |
96.1
|
60.4
|
|
|
5℃延度（5cm/min）（cm）
|
29.8
|
33.2
|
|
|
25℃弹性恢复（%）
|
100
|
84.3
|
|
|
RTFOT后残留物
|
|||
|
25℃针入度
|
41.6
|
40.6
|
|
|
质量变化（%）
|
+0.07
|
+0.08
|
|
|
针入度比（%）
|
74.6
|
67.9
|
|
|
5℃延度（5cm/min）（cm）
|
19.6
|
13.5
|
|
为保证改性质量，防止运输改性沥青由于添加稳定剂产生对质量的影响，汾柳高速公路采用现场加工方式制作SBS改性沥青，通过管道直接接入沥青拌合锅，生产混合料。
3 密级配改性沥青混合料级配范围的确定
3.1最大密度曲线理论(Theory of maximum density curve)
最大密度曲线理论是通过大量试验提出一种理想曲线。富勒( Fuller)和他的同事研究认为：固体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究理想曲线是：细集料以下的颗粒级配为椭圆形曲线，粗集料为与椭圆相切的直线，由这两部分组成的级配曲线，可能达到最大的密度。这种曲线计算比较繁杂，后来经过许多研究改进，提出简化的“抛物线最大密度理想曲线”。该理论认为：“矿质混合为的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。最大密度理论的发展过程可以简单如下所列：
（1）1907年Fuller和Thompson通过试验对比提出最大密度关系为：
Pi=100(di/D)0.5
式中：di——矿质混合料各粒级颗粒粒径
Pi——各级颗粒粒径的通过率；
D——混合料最大粒径；
（2）其后Tabol对Fuller曲线进行修正，提出最大密度曲线n次幂公式：Pi=100(di/D)n
（3）Nijboer通过试验认为n=0.4-0.5；
（4）20世纪40年代美国Nijboer验证得出n=0.45时不同级配的矿料可获得最大密度；
（5）20世纪60年代Goode、Lutsey验证确认n=0.45可获得最大密度；
（6）20世纪80年代美国沥青协会（AI）再次验证得出当n=0.45不同的级配的矿料确实可获得最大密度；
目前，最大密度理论公式Pi=100(di/D)n中n=0.45，已经得到世界各国公认，该理论在密级配沥青混合料矿料级配设计中得到广泛的应用。
3.2汾柳高速公路密级配沥青混合料矿料的级配范围
为确保高速公路沥青面层工程质量，根据新规范的要求并结合我省多年高速公路工程建设实践经验，通过以最大密度理论公式Pi=100(di/D)0.45计算得到的各级筛孔通过率为工程沥青混合料的标准级配，制定出以下沥青混合料矿料级配范围：
汾柳高速公路沥青混合料矿料级配范围 表4
|
筛孔孔径（mm）
|
26.5
|
19
|
16
|
13.2
|
9.5
|
4.75
|
2.36
|
1.18
|
0.6
|
0.3
|
0.15
|
0.075
|
|
|
AC-13
|
标准级配
|
100
|
100
|
100
|
91.7
|
79.1
|
57.9
|
42.3
|
30.9
|
22.8
|
16.7
|
12.2
|
6
|
|
允许偏差
|
/
|
/
|
/
|
+7
|
+7
|
+5
|
+4
|
+4
|
+4
|
+4
|
+4
|
+2
|
|
|
/
|
/
|
/
|
-2
|
-5
|
-5
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
||
|
AC-20
|
标准级配
|
100
|
86.1
|
79.7
|
73.1
|
62.0
|
46.1
|
33.7
|
24.7
|
18.2
|
13.3
|
9.7
|
5.0
|
|
允许偏差
|
/
|
+7
|
+7
|
+7
|
+5
|
+5
|
+4
|
+4
|
+4
|
+4
|
+4
|
+2
|
|
|
/
|
-2
|
-2
|
-5
|
-5
|
-5
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
-4
|
注：应用中，工程设计级配范围即为标准级配±允许误差，如AC-13中筛孔13.2mm对应的级配范围为：
(91.7-2=89.7) ～(91.7+7=98.7)。
4.密级配改性沥青混合料的施工
4.1沥青混合料配合比设计
依据最大密度理确定的工程级配范围，按照《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004附录热拌沥青混合料配合比设计方法的要求进行目标、生产配合比设计，两个设计阶段上、中面层沥青路面动稳定度分别大于5000次/mm和3000次/mm，其他指标也满足相关要求。
4.2拌和
拌和必须均匀，只有SBS沥青改性剂完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能，特别是本路采用密级配混合料，拌合后的混合料必须均匀一致，无细料和粗料分离及花白、结成团块的现象。混合料拌和时间以沥青能均匀裹敷矿料为度，单卧轴式拌合锅湿拌时间不少于40秒，双卧轴式拌合设备湿拌时间不少于30秒。由于SBS改性沥青混合料的施工温度要求较高，必须控制好各个环节的温度。
SBS改性沥青加工相关温度
基质沥青加热温度 160--170℃
加工改性沥青温度宜为 165-170℃
改性沥青储存温度 155--160℃
集料加热温度 185--190℃
混合料出厂温度 175--185℃
混合料贮存温度 降低不得超过10℃
废弃温度 195℃（黄烟、发乌）
4.3运输
⑴ 自卸汽车车厢不得有漏油、漏料问题。
⑵ 沥青混合料保温是保证工程质量的重要技术措施，因此所有运输车辆顶部应加棉被覆盖保温，拌和站应配专人负责覆盖，卸料时方可揭开。
⑶ 为防止车厢内粘附混合料，可用喷雾器在车厢内侧喷涂柴油水（柴油与水的比例为1：3），但车厢底部不得有积液。
⑷ 运料车接料时，应按前、后、中三次移动装料，以减少离析现象。
⑸ 运料车应在摊铺机前10-30cm处停车，不得撞击摊铺机，卸料过程中应挂空挡，靠摊铺机推动前进（不允许手制动刹车，下坡路段坡度大时，可略带脚制动刹车但不得使摊铺机阻力过大）。
⑹ 运料车向摊铺机卸料完成后，须将车厢后挡板挂钩挂好，以防漏料。
4.4沥青拌合场储存
SBS沥青的储存温度应保持在160℃左右，若温度低于所要求的储存温度，SBS沥青的粘度过大，从而导致沥青罐的油管路堵塞，最后只能停产修理。沥青热拌厂储存的SBS改性沥青必须做到24小时搅拌并应在尽快使用，防止离析。 当一天的施工任务完成后，应尽量用完罐中的沥青，或者给沥青罐加满沥青，或把剩余的少量沥青抽到其它储存罐内，以减少沥青与空气接触的表面积，从而防止沥青老化。沥青拌合厂储存罐大部分为卧式，为保证SBS改性沥青的均匀性，应在贮存罐顶部安装搅拌器，或用贮存罐中自带搅拌器，搅拌器每2小时搅拌一次，搅拌时间每次20分钟。
4.5
摊铺
汾柳高速公路采用一台ABG-525或弗格勒-2500摊铺机全幅摊铺。为保证面层平整度，沥青混合料的拌和、运输能力应保证不间断进行摊铺作业，摊铺时应保证摊铺机前至少有3-4辆等待卸料的运输车辆。摊铺机应连续、匀速行驶,摊铺速度一般不大于3.5m/min，采用高频率、低振幅方式振捣，摊铺压实度应大于80%。由于SBS沥青粘度较大，粘附力强，为了防止平衡梁粘结混合料影响平整度，摊铺机后平衡梁必须改成钢滑靴式结构或采用非接触式平衡梁。
4.6碾压
（1）碾压工艺
初压：DD110静压1遍
复压：轮胎压路机碾压1～2遍 DD130震动碾压1～2遍 DD110震动碾压1～2遍
终压：DD110静压1遍 或
初压：轮胎压路机碾压1～2遍
复压：DD130震动碾压1～2遍 DD110震动碾压2～3遍
终压：DD110静压1遍
压轮重叠宽度规定轮胎压路机为30cm，钢轮压路机为20cm。，最终的碾压工艺通过铺筑试验段确定。
（2） 碾压温度及速度
改性沥青合理初压温度约为165℃-175℃，终压完成温度不低于110℃。
各种压路机的碾压速度应符合表5规定。
压路机的碾压速度（km/h） 表5
|
压路机类型
|
初 压
|
复 压
|
终 压
|
|||
|
适宜
|
最大
|
适宜
|
最大
|
适宜
|
最大
|
|
|
轮胎压路机
|
2-3
|
6
|
3.5-4.5
|
8
|
4-6
|
8
|
|
双钢轮振动压路机
|
1.5-2
|
5（静压）
(静压) |
4-5（震动）
(振动)
|
6（震动）
(振动)
|
2-3（静压）
(静压)
|
5（静压）
(静压)
|
（3）注意事项
①采用一台摊铺机摊铺时，碾压应由低处向高处顺序进行。
② 初压应尽可能在高温度状态下紧跟摊铺机碾压。振动压路机碾压速度大于6 km/h时，面层可能产生波浪不平整现象，速度小于3 km/h时，可能产生过振现象，容易导致骨料破碎和泛油问题产生，故应严格控制振动压路机碾压速度。
③碾压时压路机驱动轮应面向摊铺机。
④振动压路机应遵循“高频、低幅”原则，振动频率要求35-50Hz，振幅为0.3-0.8mm。碾压倒车时，应先停振停车，再慢速起动，以避免沥青面层产生推拥、开裂。
⑤铺筑桥面为防止粗集料破碎，不用震动碾压。
⑥为防止轮胎压路机粘轮，可用喷雾器在轮上薄层喷涂专用防粘剂，不得喷水。高温时不易发生粘轮现象，对已粘附的混合料，应及时清除。
⑦轮胎压路机轮胎压力≥0.5MPa，轮胎压力应均衡一致，并不得有破损。
⑧压路机不应在未冷却结硬的路面上停放。
⑨与构造物相接部若无法碾压时，应用夯板或夯锤补充压实。
⑩碾压过程中应用核子密度仪对压实度进行动态检测，以避免压实度不足或超压问
4.7质检项目和频度
按《公路沥青路面施工技术规范》和《公路工程质量评定标准》和本工程项目的规定进行。
5 结论及建议
（1）按照最大密度理论原则确定的设计级配范围，进行密级配沥青混合料配合比设计，生产出的沥青混合料能够达到理想的使用效果。
（2）SBS改性沥青混合料施工的关键是提高温度。SBS改性沥青在高温下与普通沥青混合料十分接近，只要满足施工各个环节的温度控制，必然能够保证SBS改性沥青混合料的铺筑质量。
（3）密级配改性沥青混合料在汾柳高速公路中的应用一年来使用效果良好，建议我省在以后沥青路面铺筑中推广应用密级配SBS改性沥青混合料。
