基于性能評估的高模量瀝青抗車轍試驗段研究

馮英濤

摘要：為研究高模量瀝青混合料的抗車轍性能，文章采用石油瀝青與添加劑以不同摻配比例制備高模量瀝青混合料，通過法國標準車轍試驗、模量試驗、疲勞試驗和抗水損害試驗分析高模量瀝青的使用性能，并以試驗段驗證高模量瀝青混合料的路用性能。研究結(jié)果表明：道路石油瀝青和添加劑摻配比例為7∶3時，各項指標均滿足技術(shù)要求;高模量瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫性能、疲勞性能和抗水損害性能;試驗段檢測各項指標均滿足技術(shù)要求，通車后無明顯車轍。

關(guān)鍵詞：高模量瀝青;法國標準;旋轉(zhuǎn)壓實;抗車轍;高溫性能;疲勞性能

0 引言

國省干線由于車流量大，重載比例較高，同時交叉口路段車輛頻繁停車和啟動，容易造成路面車轍類病害和水損害病害，影響路面行車安全和耐久性。傳統(tǒng)的路面車轍病害處治方案多采用ECA填補或加鋪罩面。研究表明，路面車轍病害發(fā)生層位多集中于中面層，因此，要求中面層材料具有較高的模量和優(yōu)異的抗車轍性能。高模量瀝青混合料一般為石油瀝青加高模量添加劑，具有低空隙率和優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和抗車轍性能，多用于重載交通和交叉口路段，以解決路面強度不足和車轍病害。

為研究高模量瀝青混合料抗車轍性能，本文通過石油瀝青與添加劑不同摻配比例制備高模量瀝青混合料，并通過法國標準旋轉(zhuǎn)壓實成型試驗驗證空隙率，通過法國標準車轍試驗、模量試驗、疲勞試驗和抗水損害試驗分析高模量瀝青使用性能，最后通過試驗段驗證高模量瀝青混合料路用性能。

1 原材料試驗

試驗所用高模量瀝青采用70#道路石油瀝青與添加劑現(xiàn)場配制而成。為獲得最佳摻配比例，根據(jù)工程經(jīng)驗[1]，分別采用不同摻配比例進行瀝青關(guān)鍵指標試驗，試驗結(jié)果如下頁表1所示。

由表1試驗結(jié)果可知：當摻配比例為8∶2時，60 ℃動力黏度不滿足技術(shù)要求;當摻配比例為6∶4時，針入度指標不滿足要求;當摻配比例為7∶3時，各項指標較好，均滿足技術(shù)要求。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，選擇石油瀝青∶添加劑（7∶3）作為本次高模量瀝青摻配比例。

選擇本次試驗所需各種礦料，分別進行礦料密度試驗、瀝青密度試驗和瀝青布洛克菲爾德黏度試驗。試驗結(jié)果如表2所示。同時根據(jù)技術(shù)要求，本次高模量瀝青混合料拌和溫度為170.4 ℃～175.0 ℃，壓實溫度為160.9 ℃～165.1 ℃。

2 旋轉(zhuǎn)壓實試驗

混合料試件成型參照法國瀝青混合料[2]旋轉(zhuǎn)壓實技術(shù)要求，采用旋轉(zhuǎn)壓實成型。試件采用法國標準進行100次標準旋轉(zhuǎn)壓實試驗進行驗證。試驗結(jié)果如表3所示。

其中法國標準空隙率計算公式如式（1）所示：

VV法國=（1-hmin/hi）×100（1）

式中：VV法國——按法國標準計算出的空隙率（%）;

hmin——壓實試件的最小高度（mm），對應(yīng)的空隙率為0;

hi——旋轉(zhuǎn)i次后試件的高度（mm）。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)壓實成型試驗結(jié)果，國標空隙率為1.4%，法國標準空隙率為2.8%。

3 性能試驗分析

3.1 高溫性能試驗

混合料試件高溫性能試驗采用法國標準車轍試驗[3]進行檢測。其中試件長寬高尺寸為500 mm×180 mm×100 mm。試件加熱到60 ℃，分別進行指定循環(huán)荷載（100～30 000次）后，停止加載，測試試件車轍深度。試驗結(jié)果如表4所示。

由表4試驗結(jié)果可知，高模量瀝青混合料車轍試件經(jīng)過3萬次加載后，車轍率為4.73%，小于技術(shù)要求的7.5%，說明高模量瀝青混合料高溫性能較好。

3.2 模量性能試驗

混合料模量性能試驗采用法國規(guī)范 NF P 98 260-2兩點梯形梁模量試驗方法[4]進行檢測。一組試驗采用4個試件，試件空隙率為3%～6%。試驗溫度為15 ℃。試驗結(jié)果如表5所示。

由表5模量性能試驗結(jié)果可知，高模量瀝青混合料試件復(fù)數(shù)模量為19 621 MPa，滿足技術(shù)要求，且各組試件模量均滿足技術(shù)要求，說明混合料具有較高的模量。

3.3 疲勞性能試驗

疲勞性能試驗采用法國規(guī)范NF P 98-261-1兩點梯形梁疲勞試驗方法進行測試[5]。試驗溫度為10 ℃，微應(yīng)變?yōu)?30 με。試件底部固定，在頂部施加荷載，試件產(chǎn)生變形。試驗結(jié)果特征值為對應(yīng)106作用次數(shù)時的應(yīng)變振幅值（εσ）。試驗結(jié)果如表6所示。

由表6疲勞性能試驗結(jié)果可知，高模量瀝青混合料試件循環(huán)作用次數(shù)為1.65×106次，大于技術(shù)要求的106次，具有優(yōu)異的抗疲勞性能。

3.4 抗水損害性能試驗

高模量瀝青抗水損害性能分別采用法國多列士試驗和國標凍融劈裂試驗進行評價。

3.4.1 多列士試驗

多列士抗水損害性能試驗采用AASHTO T283試驗進行測試[6]。試件分成2批，一批浸水后4個，一批浸水前4個。試驗結(jié)果如表7所示。

由表7法國抗水損害試驗結(jié)果可知，劈裂強度比為88.1%，大于規(guī)范要求，具有良好的抗水損害性能。

3.4.2 凍融劈裂試驗

水穩(wěn)定性能試驗采用國標凍融劈裂試驗進行檢測。試驗時雙面擊實各50次[7]，試驗結(jié)果如表8所示。

由表8凍融劈裂試驗結(jié)果可知，劈裂強度比為86.2%，大于規(guī)范要求，具有良好的抗水損害性能。

4 試驗段性能觀測

某國道車流量大，重載比例較高，尤其是交叉口路段，路面車轍病害嚴重，影響行車安全。針對車轍病害發(fā)生層位最嚴重的中面層[8]，選擇8 cm高模量瀝青EME-14混合料，上面層選擇改性瀝青4 cm AC-13混合料。針對試驗段混合料和路用性能進行跟蹤觀測。

4.1 混合料試驗結(jié)果

施工現(xiàn)場對拌和樓高模量瀝青EME-14混合料進行了取樣檢測[9]，試驗結(jié)果如表9～11所示。

由表9～11試驗結(jié)果可知，高模量瀝青EME-14混合料各項體積指標均滿足技術(shù)要求。

對瀝青混合料進行抽提試驗，試驗結(jié)果如表12所示。

從表12抽提結(jié)果看，混合料油石比滿足控制范圍要求，瀝青混合料級配滿足規(guī)定的范圍要求。根據(jù)抽樣試驗結(jié)果，瀝青混合料各項試驗結(jié)果均滿足技術(shù)要求，高模量EME-14能夠滿足試驗段施工技術(shù)要求，可以用于試驗段進行攤鋪。

4.2 現(xiàn)場檢測試驗結(jié)果

試驗段現(xiàn)場施工過程中，對試驗段進行了觀測。施工完成后對高模量瀝青混合料試驗段進行現(xiàn)場試驗，試驗結(jié)果如表13所示。

由表13試驗結(jié)果可知，試驗段平均厚度為8.1 cm，滿足技術(shù)要求。試驗段理論壓實度和旋轉(zhuǎn)成型壓實度均滿足技術(shù)要求。滲水試驗結(jié)果均滿足技術(shù)要求。試驗段各項指標良好，均滿足要求。經(jīng)跟蹤觀測，試驗段通車后無明顯車轍，路面使用性能良好。

5 結(jié)語

（1）石油瀝青和添加劑摻配比例為7∶3時，各項指標較好，均滿足技術(shù)要求。

（2）根據(jù)性能試驗結(jié)果，高模量瀝青混合料具有較高的復(fù)數(shù)模量為19 621 MPa。試件經(jīng)過3萬次加載后，車轍率為4.73%，具有優(yōu)異的高溫性能。試件循環(huán)作用次數(shù)為1.65×106次，具有良好的抗疲勞性能。法國抗水損害試驗和凍融劈裂試驗均滿足技術(shù)要求。

（3）試驗段檢測表明，高模量瀝青混合料馬歇爾和抽提試驗結(jié)果均滿足技術(shù)要求。試驗段壓實度和滲水試驗均滿足技術(shù)要求。經(jīng)跟蹤觀測，試驗段通車后無明顯車轍，路面使用性能良好。

參考文獻：

[1]李本春，陳 松，吳 旻.耐久性高模量混合料EME-14在干線公路車轍防治中的應(yīng)用[J].上海公路，2019（2）：16-20，3.

[2]沈金安，李福普，陳 景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]黃曉明，吳少鵬，趙永利.瀝青與瀝青混合料[M].南京：東南大學(xué)出版社，2002.

[5]Austroads Ltd. Carbon and asphalt： a review of environmental factors including emission calculators[R].Australia，2012.

[6]The Transport Authorities Greenhouse Group. Greenhouse gas assessment workbook for road projects[R].Australia，2011.

[7]AASHTO T283-07，Resistance of Compactds Hot Mix Asphalt（HMA） to Moisture-Indeced Damage[S].

[8]NAPA's QIP-126. Energy Conservation in Hot-Mix Asphalt Production[R]. National Asphalt Pavement Association，Maryland，2007.

[9]NAPA's IS-52. Fundamentals of the Operation and Maintenance of the Exhaust Gas System in a Hot Mix Asphalt Facility[R]. National Asphalt Pavement Association，Maryland，1987.