高速公路車(chē)轍處理中高模量瀝青混凝土的應(yīng)用

李志偉

(中交一公局集團(tuán)海外分公司，北京 100000)

1 工程概況

吉布提塔朱拉港口連接線項(xiàng)目處于塔朱拉市，主要承擔(dān)塔朱拉港口貨物運(yùn)輸和人員流通的功能，是塔朱拉11號(hào)國(guó)道通向塔朱拉港口的關(guān)鍵道路。該連接線設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)的總厚度為44 cm，細(xì)分組成有：4 cm瀝青混凝土磨耗層+6 cm高模量瀝青混凝土中間層+14 cm高模量瀝青穩(wěn)定碎石基層+20 cm粒料底基層。

2 高模量瀝青膠結(jié)料的概述及性能優(yōu)化途徑

2.1 概況

高模量瀝青膠結(jié)料對(duì)溫度較為敏感，高溫環(huán)境中具有較明顯的流體特性，低溫環(huán)境中有顯著的彈性體特性，因此需要提高材料對(duì)溫度的適應(yīng)能力，避免高溫車(chē)轍以及低溫開(kāi)裂問(wèn)題。實(shí)踐表明，高模量瀝青膠結(jié)料具有可行性，其在解決車(chē)轍問(wèn)題方面的應(yīng)用效果較佳，將其應(yīng)用于瀝青混合料中，可以顯著改善混合料的綜合性能，為瀝青路面質(zhì)量的提升提供更多的可能。

2.2 高模量瀝青膠結(jié)料的性能優(yōu)化途徑

(1)采用低標(biāo)號(hào)的瀝青，針入度需在25以?xún)?nèi)。

(2)摻入適量的外加劑，較為可行的有膠粉以及聚乙烯等，其在提高混合料綜合性能方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。

(3)摻入適量的天然瀝青巖或湖瀝青，其應(yīng)用特點(diǎn)在于可以提高混合料對(duì)高溫的適應(yīng)性水平，即具有較突出的高溫性能，有效規(guī)避高溫對(duì)瀝青路面所造成的不良影響。

3 高模量瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級(jí)配

調(diào)查結(jié)果顯示，車(chē)轍病害的高發(fā)區(qū)域?yàn)槁访娴闹虚g層，選取的是AC-20的礦料級(jí)配，通過(guò)此方法提高路面的高溫抗車(chē)轍能力，使其適應(yīng)高溫環(huán)境。

3.2 馬歇爾參數(shù)

高模量瀝青混合料對(duì)拌和工藝提出較高的要求，需要具有較高的拌和溫度，按照常規(guī)的方法拌和，時(shí)間不足而影響材料混合的均勻性。對(duì)此，需要兼顧拌和溫度和時(shí)間兩方面要求，適當(dāng)提高拌和溫度并延長(zhǎng)拌和時(shí)間。經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)后，確定關(guān)鍵的控制指標(biāo)，例如穩(wěn)定度、流值等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到合適的油石比以及級(jí)配組合，為高模量瀝青混合料的制備提供參考依據(jù)。

4 高模量瀝青混合料的性能分析

4.1 高溫穩(wěn)定性

高溫環(huán)境中，若瀝青混合料的適應(yīng)能力不足，則容易由于高溫環(huán)境而產(chǎn)生病害，此類(lèi)病害的類(lèi)型較多，其中以車(chē)轍病害較為典型。在針對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分析中，可行的方法有車(chē)轍試驗(yàn)、加速加載試驗(yàn)等，相比之下以60 ℃環(huán)境下的車(chē)轍試驗(yàn)應(yīng)用更為廣泛。

(1)車(chē)轍試驗(yàn)分析

動(dòng)穩(wěn)定度是車(chē)轍試驗(yàn)中的重點(diǎn)考慮指標(biāo)，其反映的是車(chē)轍病害達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的斜率，能夠有效地用于呈現(xiàn)車(chē)轍的發(fā)展情況。為更加準(zhǔn)確地分析，業(yè)內(nèi)人士提出綜合穩(wěn)定指數(shù)，其涵蓋了初期的壓密和固結(jié)蠕變兩個(gè)關(guān)鍵的方面，能夠提供更具價(jià)值的參考內(nèi)容，以提高車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)車(chē)轍試驗(yàn)方法

車(chē)轍試驗(yàn)得以順利開(kāi)展的必要前提在于制作車(chē)轍試件，將其轉(zhuǎn)至60 ℃的環(huán)境中予以養(yǎng)護(hù)；待時(shí)間滿(mǎn)足要求后，利用0.7 mp(輪壓)的實(shí)心輪運(yùn)行；經(jīng)1 h的操作后，系統(tǒng)根據(jù)期間測(cè)定的數(shù)據(jù)展開(kāi)計(jì)算，以自動(dòng)化的方式得到動(dòng)穩(wěn)定度(ds，次/mm)，關(guān)于具體的計(jì)算方法，如下

ds=(t1-t2)×n/(d2-d1)

式中：d1-t1時(shí)的變形量(mm)；d2-t2時(shí)的變形量(mm)；碾壓速度，取42次/min。

經(jīng)試驗(yàn)后，匯總結(jié)果，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表1內(nèi)容展開(kāi)分析，可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料在高溫抗車(chē)轍性能方面具有較好的表現(xiàn)，在溫度相對(duì)較高的環(huán)境具有適用性，有利于降低高溫環(huán)境中車(chē)轍病害的發(fā)生概率。

4.2 低溫抗裂性

低溫環(huán)境主要發(fā)生在冬季，此時(shí)瀝青路面易形成低溫應(yīng)力，若材料的低溫抗裂性能不足，則容易出現(xiàn)低溫開(kāi)裂的情況，由此產(chǎn)生滲漏水通道，遇降雨天氣時(shí)，雨水經(jīng)由開(kāi)裂部位向下滲透，逐步進(jìn)入路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而造成更為嚴(yán)重的水損壞，此時(shí)路面的整體強(qiáng)度有下降的變化趨勢(shì)，難以滿(mǎn)足車(chē)輛通行要求。因此，除了前述所提的高溫性能外，低溫環(huán)境中的抗裂性能也是重點(diǎn)考慮因素。換言之，高模量瀝青混合料需同時(shí)滿(mǎn)足高溫和低溫兩種極端條件下的穩(wěn)定性要求，否則均容易影響路面結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

(1)小梁低溫試驗(yàn)方法

按規(guī)范制作車(chē)轍試件，啟用切割機(jī)，對(duì)該部分予以切割處理，由此形成尺寸為250 mm×30 mm×200 mm的小梁試件，將該部分轉(zhuǎn)移至-10 ℃的低溫環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。經(jīng)試驗(yàn)后，測(cè)定抗彎拉強(qiáng)度和破壞彎拉應(yīng)變，同時(shí)需考慮到彎曲勁度模量(破壞狀態(tài)下)和彎曲應(yīng)變能(臨界狀態(tài)下)，通過(guò)對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)的綜合考慮，對(duì)混合料的低溫抗裂性能做出客觀的評(píng)價(jià)。關(guān)于具體的試驗(yàn)內(nèi)容，如表2所示。

表2 低溫試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合表2內(nèi)容展開(kāi)分析，可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料在低溫性能方面具有較好的表現(xiàn)，在溫度相對(duì)較低的環(huán)境具有適用性，有利于降低低溫環(huán)境中開(kāi)裂病害的發(fā)生概率。

4.3 水穩(wěn)定性

高速公路瀝青路面使用過(guò)程中，若遇到持續(xù)性的降雨或降雪天氣，聚集在路表的水體將逐步增多，并有部分水分停留在路面內(nèi)部，加之行車(chē)荷載的持續(xù)作用，水的運(yùn)動(dòng)更為劇烈(在內(nèi)部空隙中發(fā)生往復(fù)的運(yùn)動(dòng))。在此條件下，若瀝青與集料間缺乏足夠的粘附性，容易破壞瀝青膜的穩(wěn)定性，使其從集料表面沖刷下來(lái)，逐步發(fā)展為坑槽，而坑槽的出現(xiàn)還將加劇水損害，帶來(lái)一系列的不良影響。因此，在高模量瀝青混合料的設(shè)計(jì)工作中，需要充分考慮到水穩(wěn)定性的要求。現(xiàn)階段，應(yīng)用較為廣泛的當(dāng)屬凍融劈裂試驗(yàn)，所得結(jié)果在判斷瀝青混合料的水穩(wěn)定性方面具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

凍融劈裂試驗(yàn)方法。劈裂強(qiáng)度比tsr是關(guān)鍵的評(píng)定指標(biāo)，其在反映混合料水穩(wěn)定性方面具有重要的參考價(jià)值。隨著tsr值的增加，水穩(wěn)定性隨之增強(qiáng)。試驗(yàn)中依然需制備馬歇爾試件，將其分為兩組，按如下流程依次操作。

①制得試件后擊實(shí)，要求擊實(shí)次數(shù)為雙面50次。

②將試件分為兩類(lèi)，其中二組做凍融循環(huán)試驗(yàn)，另外一組用于對(duì)比分析。

③試件分組后，均對(duì)其做真空飽水處理。

④選取試件，將其置入塑料袋內(nèi)(向其中加入10 ml的水)，再快速將其轉(zhuǎn)至低溫箱，箱內(nèi)溫度維持在-18 ℃。

⑤予以16 h的冷凍處理，將試件取出，再轉(zhuǎn)至恒溫水槽內(nèi)(全程溫度穩(wěn)定在60 ℃)，持續(xù)24 h。

⑥此后，將試件轉(zhuǎn)至25 ℃的水中，時(shí)間需達(dá)到2 h或適當(dāng)延長(zhǎng)，此后再取出經(jīng)過(guò)前述一系列處理后的試件，由此組織劈裂試驗(yàn)。

關(guān)于具體的試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

表3 tsr試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3內(nèi)容展開(kāi)分析，可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料的水穩(wěn)定性良好。

4.4 疲勞性能

高速公路瀝青路面使用階段需承受大量車(chē)輛荷載的作用，路面受力條件出現(xiàn)變化，加之外部降雨、日曬等多重因素的影響，易導(dǎo)致道路的強(qiáng)度有所降低。久而久之，瀝青路面難以有效承擔(dān)車(chē)輛荷載，路面的疲勞破壞程度加劇，相繼出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，嚴(yán)重破壞路面的完整性，其承受能力也將大打折扣。若要有效緩解該問(wèn)題，則需要充分關(guān)注瀝青混合料的疲勞性能，以合理的方式提高其性能?，F(xiàn)階段，疲勞試驗(yàn)的方法較多，主要可歸為如下四類(lèi)：

(1)標(biāo)準(zhǔn)軸重的汽車(chē)，安排其在指定的試驗(yàn)路段上運(yùn)行，此過(guò)程中持續(xù)采集路面的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析與判斷，明確瀝青混合料的疲勞性能。(2)加速加載試驗(yàn)。(3)試板試驗(yàn)法。(4)小型疲勞試驗(yàn)。

相比之下，小型疲勞試驗(yàn)方法的應(yīng)用更為廣泛，其中又以四點(diǎn)或三點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)較為主流。在此類(lèi)試驗(yàn)方法的應(yīng)用過(guò)程中，配套了相應(yīng)的高精度儀器，能夠以較快的速度完成試驗(yàn)工作，且結(jié)果具有準(zhǔn)確性，是一種可行性較高的試驗(yàn)方法。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，高模量瀝青混合料在現(xiàn)階段的高速公路路面施工中取得廣泛的應(yīng)用，是較為典型的材料，其在高溫、低溫環(huán)境中均可以維持相對(duì)穩(wěn)定的使用狀態(tài)，也具備良好的水穩(wěn)定性，因此綜合應(yīng)用效果較佳。在工程實(shí)踐中，有必要組織有關(guān)于高模量瀝青混凝土的試驗(yàn)工作，用于判斷材料的實(shí)際性能特點(diǎn)，以合理的方式應(yīng)用，充分發(fā)揮出此類(lèi)材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。