瀝青混合料車轍性能試驗研究

古扎拉衣

摘要：文章從瀝青混合料的配合比設(shè)計出發(fā)，針對所選取的研究對象AC-13基質(zhì)瀝青的配合比設(shè)計進(jìn)行試驗研究，分析了瀝青混合料高溫車轍病害的影響因素，并提出預(yù)防建議。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料;車轍病害;性能

0 引言

由于瀝青路面路用性能較好，因此在道路建設(shè)中得到較為廣泛的應(yīng)用。隨著交通量不斷增加，超載問題以及渠化等現(xiàn)象對路面損害較為嚴(yán)重，再加上高溫天氣的影響，目前在瀝青路面早期病害問題中，車轍病害已成為主要病害類型之一[1]。

1 瀝青混合料配合比設(shè)計

本文選取了AC-13瀝青混合料作為研究對象，針對其配合比進(jìn)行了如下設(shè)計。

1.1 級配的選取以及礦料的用量計算

針對《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，通過對集料以及礦粉比例的調(diào)配，得到級配曲線，如圖1所示。

1.2 馬歇爾試驗

在4%～6%的范圍內(nèi)以間隔0.5%的方式選取油石比，按每一種油石比制作馬歇爾試塊，對其物理以及力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測定，從而得到馬歇爾試驗的試驗結(jié)果，如表1所示。

1.3 最佳瀝青用量的確定

按馬歇爾實驗結(jié)果，描繪出瀝青用量與其混合料物理指標(biāo)的關(guān)系曲線圖，如圖2所示。限于篇幅，本文僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)。

瀝青用量在5%時具有最大的穩(wěn)定度，瀝青用量在5.5%時具有最大的密度值，瀝青用量在4.5%得到目標(biāo)空隙率，瀝青用量在5.1%得到其飽和度中值，可得瀝青用量的初始值為5.0%。

從實驗結(jié)果可知，瀝青用量在范圍4.5%～5.2%時，其各指標(biāo)符合技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，即瀝青用量的中間值為4.6%。

綜合考慮上述分析，確定瀝青最佳用量為4.8%。

[BT（2+1]2 軟化點和溫度對瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響

對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性影響最大的因素即環(huán)境的溫度[2]。瀝青混合料的模量在溫度越高的情況下模量越低，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)較低的抗車轍性能。鑒于前人對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與周圍環(huán)境關(guān)系之間的研究表明，當(dāng)瀝青混合料在周圍環(huán)境溫度為40℃～60℃的背景下提高5℃時，將會導(dǎo)致其變形量有2倍的增長。大量車轍試驗表明，瀝青路面多在夏季高溫時出車轍，當(dāng)溫度在30℃以下時，車轍出現(xiàn)程度將有所降低，而當(dāng)環(huán)境溫度在38℃以上時，車轍有較快的增長，若溫度在40℃的話，瀝青路面在短時間內(nèi)就會有嚴(yán)重的車轍病害出現(xiàn)[3-4]。針對上述現(xiàn)象，本文將以溫度為自變量進(jìn)行車轍試驗，并根據(jù)研究成果提出防治措施。

在該次試驗中，本文所選的試驗儀器為ZCZ-10型車轍儀，試驗步驟遵循《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（T0719-1993）。所得結(jié)果如表2所示。

3 試驗結(jié)果分析

據(jù)上述試驗結(jié)果可知，兩種瀝青混合料在溫度升高時均表現(xiàn)出動穩(wěn)定度有所降低，且變形量有所上升。對于AC-13級配改性瀝青的試驗結(jié)果可知，比起基質(zhì)瀝青混合料的抗車轍性能而言，該改性瀝青具有更優(yōu)的性能，其動穩(wěn)定度在60℃有將近8倍的增長，變形量有接近70%的下降，表明對于瀝青混合料而言，混合料的性質(zhì)對其高溫抗車轍性能有較為重要的影響[5]。

3.1 瀝青混合料的軟化點對動穩(wěn)定度的影響

兩種瀝青混合料在溫度升高時表現(xiàn)出相似的動穩(wěn)定度變化趨勢。從圖3可看出，該變化曲線基本可分為三段直線，其斜率分別經(jīng)歷了從小到大，從大到小的過程，其轉(zhuǎn)折點剛好位于瀝青混合料各自溫度周邊范圍。動穩(wěn)定度的降低速率可由直線斜率較為直觀地反映，即瀝青混合料在溫度變化時的抗車轍性能的敏感程度，瀝青混合料動穩(wěn)定度的下降速率在其軟化點周圍達(dá)到最大。瀝青混合料抗車轍性能在其軟化點溫度周圍±3℃內(nèi)是最為敏感的區(qū)間。分析原因可知，其主要原因在于瀝青混合料主要由集料與集料之間的嵌擠力及其與瀝青的粘結(jié)力組成了瀝青混合料的抗車轍性能。集料與集料之間在試驗溫度范圍內(nèi)僅具有較小的嵌擠力變化，可將其值視為定值。隨著溫度的升高，瀝青結(jié)合料的粘結(jié)力有所降低，瀝青結(jié)合料的粘結(jié)力在溫度達(dá)到瀝青軟化點前僅具有較小的下降速率，瀝青混合料的溫度-動穩(wěn)定度在該溫度區(qū)間內(nèi)具有較平緩的曲線，動穩(wěn)定度僅具有小幅度的減少;當(dāng)瀝青結(jié)合料處于其軟化點溫度范圍內(nèi)時，其基本表現(xiàn)為流動狀態(tài)，粘結(jié)力下降速度增快，使瀝青結(jié)合料在軟化點溫度附近表現(xiàn)出抗車轍能力下降的現(xiàn)象;當(dāng)溫度在軟化點溫度以上時，瀝青混合料主要由集料與集料之間的嵌擠力來提供其抗車轍性能，粘結(jié)力所提供的抗車轍性能很小，雖然其粘結(jié)力仍然表現(xiàn)出不斷下降的現(xiàn)象，但比起瀝青混合料總抗剪強(qiáng)度而言，其僅占據(jù)了較小的比例，因此該階段動穩(wěn)定度僅具有較小的下降速度[6]。此時，瀝青的潤滑能力隨著瀝青黏度的降低而有所提高，進(jìn)而使得集料與集料間的內(nèi)摩擦角表現(xiàn)出下降的現(xiàn)象，這是導(dǎo)致其抗車轍能力有所減少的原因之一。

3.2 試驗溫度對車轍試驗總變形量的影響

從圖4中可知，兩條曲線具有同一個特點，即當(dāng)試驗溫度在某一溫度以上時，瀝青混合料的車轍變形量有較為巨大的增長，而瀝青混合料抗車轍性能的突變點溫度就在其軟化點溫度周邊。SBS改性瀝青混合料在試驗溫度到達(dá)其軟化點溫度之后，其抗車轍能力表現(xiàn)出急劇上升的現(xiàn)象，在溫度持續(xù)變化之后，曲線的增加幅度則逐漸變得平緩。當(dāng)基質(zhì)瀝青混合料在試驗溫度到達(dá)其軟化點溫度之后，瀝青混合料的變形量表現(xiàn)出上升的趨勢，表明瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性受到瀝青混合料軟化點溫度的影響，即瀝青混合料的軟化點是評價其高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

根據(jù)上述試驗結(jié)果可知，當(dāng)瀝青混合料所處溫度接近其軟化點溫度時，瀝青混合料在一定程度上將表現(xiàn)出流動性，導(dǎo)致其高溫抗車轍性能有所降低。此時，當(dāng)荷載作用在瀝青路面時，將會導(dǎo)致瀝青路面有車轍出現(xiàn)。翻閱資料發(fā)現(xiàn)，長期累積的行車荷載并不是瀝青路面車轍產(chǎn)生的主要原因，在高溫季節(jié)時短時間內(nèi)所出現(xiàn)的較深車轍的主要原因在于瀝青混合料所處的周圍環(huán)境溫度已達(dá)到其軟化點溫度，導(dǎo)致瀝青混合料表現(xiàn)出抗車轍性能急劇降低的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

基于上述試驗結(jié)果，對于瀝青混合料在高溫季節(jié)預(yù)防車轍出現(xiàn)的措施，本文給出以下幾點建議：

（1）在設(shè)計瀝青混合料時，應(yīng)采取具有較高軟化點的材料或采取措施使瀝青混合料的軟化點得到提高，使其軟化點溫度比地面最高溫度高。

（2）對于高速公路運營方面，當(dāng)瀝青路面的實際溫度比其軟化點的溫度大時，應(yīng)控制重載車輛的通行。

（3）采取措施使瀝青路面的溫度降低，如使瀝青路面的顏色通過技術(shù)措施處理之后有所變淺，或通過向路面灑水的方式使瀝青路面的溫度始終比其軟化點低，以減少車轍產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]易 斌.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價方法研究[D].蘇州：蘇州科技大學(xué)，2019.

[2]周 旭.添加抗車轍劑對瀝青混合料性能的影響研究[J].市政技術(shù)，2019，37（3）：242-244.

[3]楊墉金，鄧明偉.溫度對瀝青混合料抗車轍性能影響的試驗研究[J].北方交通，2019（1）：60-63.

[4]易 斌，張 鵬，沈菊男.瀝青混合料抗車轍性能評價研究綜述[J].山西建筑，2018，44（34）：97-99.

[5]余 華.瀝青混合料抗車轍性能常用試驗方法綜述[J].四川建筑，2018，38（5）：227-230.

[6]宋云連，呂 鵬，張 揚，等.溫拌瀝青混合料高溫性能試驗研究[J].公路工程，2018，43（5）：69-73，180.