高模量瀝青路面在柳州南外環(huán)路中的應(yīng)用研究

摘要：外摻劑作為提升路面材料性能的新型材料越來越多地得到開發(fā)和利用。文章以高模量劑為對象進(jìn)行瀝青混合料的研究，分別以不同摻量的高模量劑（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%）加入到瀝青混合料中，通過車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)來評價(jià)和分析混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗開裂性及水穩(wěn)定性，并以柳州南外環(huán)路建設(shè)為依托進(jìn)行高模量瀝青混合料的實(shí)地試驗(yàn)段鋪筑應(yīng)用，通過后期的道路檢測表明高模量瀝青路面具有較好的路用性能表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：高模量劑;瀝青混合料;路用性能;工程應(yīng)用

中圖分類號：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 017

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0056 - 05

0 引言

瀝青路面是我國道路工程的重要組成部分，其較好的行車舒適性、路面平整性和施工周期較短等優(yōu)勢成為其被不斷推廣應(yīng)用的主要原因。然而，瀝青路面在經(jīng)過長時(shí)間服役后，會產(chǎn)生一些路面病害問題，如車轍、龜裂等。相關(guān)研究表明：在已竣工運(yùn)營2～3年的高速公路上會產(chǎn)生不同軸型程度的車轍病害問題[1 -2]。當(dāng)車轍病害處于輕度階段時(shí)，會影響行車的舒適性并伴有一定的行車安全風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)車轍病害處于中高等級階段時(shí)，會直接造成路面的橫縱向裂縫，嚴(yán)重情況下會造成大面積的坑槽，影響路面結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性[3]。

關(guān)于路面結(jié)構(gòu)的耐久性問題，國內(nèi)的相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究，肖鵬[4]等學(xué)者提出了采用玄武巖纖維外摻的方式來提升瀝青路面的高溫抗車轍能力，同時(shí)還能提升材料的低溫抗開裂能力和抗疲勞性能。李剛[5]等學(xué)者研究了不同摻量下的路可比材料對瀝青混合料的影響，研究表明可以顯著改善瀝青路面的抗車轍能力。高模量劑[6]是一種聚合物提煉的聚酯材料，作為外摻材料可以應(yīng)用于道路工程中，改善瀝青混合料技術(shù)性能的不足。本文針對高模量劑在瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行研究，探究其合適的摻量使用要求和施工工藝，不僅可以提高高模量瀝青混合料的研究水平，而且對推動(dòng)瀝青路面技術(shù)水平提升具有重要作用。

1 原材料

1.1 集料

研究采用的集料為廣西產(chǎn)的石灰?guī)r，粗細(xì)集料都符合規(guī)定要求。粗細(xì)集料的篩分通過率如表1所示。

1.2 填料

研究采用的填料為廣西產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉，其符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)要求。礦粉質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

1.3 瀝青

研究采用的瀝青為SBS改性瀝青，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表4所示。

1.4 高模量劑（PR）

研究試驗(yàn)采用的高模量劑（ PR）由上海道路新材料公司生產(chǎn)，其外表為黑色的顆粒狀固體，具有較好的物理力學(xué)性能，其技術(shù)參數(shù)如表5所示。

2 高模量瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合試驗(yàn)要求，本研究選定的目標(biāo)級配為AC -13瀝青混合料，其通過率如表6所示。

以0. 4%高模量劑（PR）為例，其混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，其最佳油石比為5.0%。同理分別確定不同高模量劑摻量下混合料的最佳油石比，結(jié)果如表8所示。

3 高模量瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

試驗(yàn)采用300 mm×300 mm×50 mm試件，選用HDCZ-01- 09A車轍試驗(yàn)機(jī)測試，用動(dòng)穩(wěn)定度評價(jià)高模量瀝青混合料的高溫性能。試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，隨著高模量劑摻量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不斷增長，但其增長速率卻逐漸降低，高模量劑摻量在0.6%、0. 8%和1.0%時(shí)，其對應(yīng)的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度分別是普通瀝青混合料的1. 45、1.56和1.62倍。與此同時(shí)，隨著高模量劑摻量的提升，混合料對應(yīng)的60 min相對變形也逐漸降低，摻量在0. 4%以上時(shí)，瀝青混合料的相對變形逐漸趨于平緩。高模量劑是聚合物材料，能夠顯著提升材料的粘聚特性，提升瀝青混合料的整體強(qiáng)度，在一定程度上促使混合料的抗車轍能力得到改善。

3.2 低溫抗裂性

本試驗(yàn)在UTM - 25試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-10℃±0.5℃，加載速率為50 mm/min，試驗(yàn)所用試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm棱柱體瀝青混合料小梁。試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

由表9可知，隨著高模量劑摻量的提升，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度和彎拉勁度模量下降，破壞應(yīng)變增大。當(dāng)高模量劑摻量在0.6%、0. 8%和1.0%時(shí)，其對應(yīng)的瀝青混合料破壞應(yīng)變較普通瀝青混合料分別提升了33%、36%和38%，說明高模量瀝青混合料的低溫抗裂性能得到有效提升。

3.3 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其測試結(jié)果如表10～11和圖3～4所示。

由表10～11和圖3～4可知，隨著高模量劑摻量的提升，瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比呈先上升后下降的趨勢，但混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20 - 2011）中的設(shè)計(jì)要求。

4 工程應(yīng)用

柳州南外環(huán)路是連接航嶺路、門頭路和柳石路的一條西東向通道，同時(shí)該路與陽和大道、古亭大道等連通成為柳州市外環(huán)路的一部分。道路計(jì)算行車速度為80 km/h，為城市快速路，快車道為雙向六車道。其路面結(jié)構(gòu)如表12所示。

實(shí)際工程中，本研究在DKO+ OOO～DK6+ 000路段進(jìn)行了6 km的高模量瀝青路面的鋪筑，高模量劑的摻量選擇為0. 6%。在道路鋪筑完成，車輛運(yùn)營后，對高模量瀝青混合料生產(chǎn)路段300 m的路段進(jìn)行檢測。由于跟蹤觀測時(shí)，路面已經(jīng)通車，為安全起見，檢測主要集中在行車道進(jìn)行。檢測結(jié)果如表13所示。

從滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)的檢測結(jié)果來看，高模量瀝青路面均滿足上面層技術(shù)要求，試驗(yàn)路與生產(chǎn)路段檢測結(jié)果基本一致，表明路面結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的承載力，路面結(jié)構(gòu)狀況良好。

5 結(jié)語

本文針對高模量劑對瀝青混合料路用性能的影響進(jìn)行研究，分別選取了6種不同摻量進(jìn)行瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性研究。研究表明：高模量劑摻量在0. 6%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較普通瀝青混合料提升了45%;低溫抗裂性能較普通瀝青混合料提升了33%;隨著纖維摻量的增加，瀝青混合料的水穩(wěn)定性呈先上升后下降的趨勢。研究結(jié)合柳州南外環(huán)路建設(shè)工程進(jìn)行了6 km的高模量瀝青混合料的試驗(yàn)段鋪筑，后期檢測表明路面使用達(dá)到較好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]常曦.瀝青路面常見病害產(chǎn)生原因與防治措施[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，201 9，27（10）：71.

[2]田錦鵬.瀝青路面抗車轍性能提高對策探析[J].山西建筑，2019，45（10）：140， 258.

[3]呂麗君.瀝青路面抗車轍性能提高對策的探析[J].山西建筑，2 019，45（9）：148 - 149.

[4]肖鵬，仲星全，丁春梅，等.玄武巖纖維高模量瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J].施工技術(shù)，2018，47（5）：73 -76.

[5]李剛.路可比改性劑摻量對瀝青混合料路用性能影響規(guī)律研究[J].中外公路，2018，38（2）：277- 281。

[6]李劍波，肖雷.高模量瀝青混合料在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用分析[J].中國建材科技，2018，27（6）：28 - 29，6.

作者簡介：楊波（1978-），高級工程師，碩士，研究方向：道路橋梁工程與職業(yè)教育。