改性瀝青混凝土路面材料性能優(yōu)化與應(yīng)用研究

【摘要】傳統(tǒng)瀝青混凝土路面在耐久性、抗裂性等方面存在不足。文章針對改性瀝青混凝土的性能優(yōu)化和應(yīng)用技術(shù)展開研究，探討了改性瀝青的種類、特性及制備工藝，分析了力學性能等方面的優(yōu)化措施。通過實際案例，展現(xiàn)了改性瀝青混凝土在路面工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀和效果。研究表明，改性瀝青混凝土能顯著提高路面的耐久性、抗裂性和整體性能，為交通運輸安全和暢通提供可靠保障。

【關(guān)鍵詞】改性瀝青混凝土；性能優(yōu)化；耐久性；抗裂性

【中圖分類號】TU528 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）09-0152-03

0 引言

隨著交通工程技術(shù)的發(fā)展，瀝青混凝土路面材料的性能要求也越來越高。傳統(tǒng)的瀝青混凝土路面材料在抗老化、抗裂、抗滑移等方面存在不足，特別是在極端氣候和高強度交通負荷下表現(xiàn)更為明顯。改性研究中廣泛應(yīng)用了添加劑、纖維增強和改性劑等方法。引入新型添加劑和改性劑能有效改善瀝青混凝土路面材料的性能，提高其抗老化、抗裂和抗滑移能力，延長使用壽命，減少維護成本。因此，對瀝青混凝土路面材料進行改性與性能優(yōu)化研究，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。

1 瀝青混凝土路面材料的基礎(chǔ)性能

1.1 瀝青混凝土的組成與結(jié)構(gòu)

瀝青混凝土是一種由多種成分精心組合而成的復(fù)合材料，這些成分主要包括瀝青、骨料以及填料等。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精細，顯著地呈現(xiàn)出多相、多孔以及多級的特點。具體來說，瀝青在瀝青混凝土中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，充當了膠凝劑的角色，負責將其他組分緊密地黏結(jié)在一起。骨料和填料則是構(gòu)成瀝青混凝土骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，它們提供了主要的力學支撐。此外，這些不同的組分并非簡單地堆砌在一起，而是通過復(fù)雜的界面相互作用，彼此之間建立了穩(wěn)定的力學連接。這種連接確保了瀝青混凝土在承受外部載荷時能夠保持其結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性[1]。

1）瀝青：瀝青基質(zhì)在混凝土中起著關(guān)鍵的黏結(jié)作用，它將各種骨料和填料黏合在一起，形成一個整體結(jié)構(gòu)。這種黏結(jié)作用確保了混凝土的結(jié)構(gòu)完整性和力學性能。

2）粗骨料：粗骨料是瀝青混凝土的主要組成部分，它提供了混凝土的主要力學支撐。這些較大的顆粒形成了混凝土的骨架結(jié)構(gòu)，承擔了大部分的載荷，在混凝土的強度和穩(wěn)定性方面起著決定性作用。

3）細骨料：細骨料在混凝土中起著填充空隙的作用。它們填充了粗骨料之間的空隙，提高了混合物的密實度，增強了混凝土的工作性能和強度。

4）填料：填料的主要功能是填充微小空隙。這些極小的顆?？梢蕴畛浼毠橇现g的微小空隙，進一步提高混凝土的密實度，改善其力學性能和耐久性。

5）空隙：空隙對材料性能有重要影響，適量的空隙可以提高混凝土的抗凍融性能，但過多的空隙會降低混凝土的強度和耐久性?？刂瓶障堵蕦τ趦?yōu)化瀝青混凝土的整體性能至關(guān)重要。

1.2 瀝青混凝土的物理力學性能

瀝青混凝土的物理力學性能是其在外界載荷作用下所展現(xiàn)出的變形和破壞行為的關(guān)鍵特征，主要包括抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度以及模量等關(guān)鍵指標。這些指標不僅直接反映了瀝青混凝土路面承受壓力、拉伸和彎曲等外部作用的能力，同時也是衡量路面整體質(zhì)量和耐久性的重要依據(jù)[2]。

抗壓強度反映了瀝青混凝土在垂直壓力作用下的抵抗能力，是其作為路面材料的基本指標之一?？估瓘姸葎t描述了材料在拉伸應(yīng)力作用下的承受能力，對于防止路面裂縫的產(chǎn)生和擴展具有重要意義。抗彎強度則衡量了瀝青混凝土在彎曲載荷下的抵抗能力，對于確保路面在車輛行駛等動態(tài)載荷作用下的穩(wěn)定性至關(guān)重要。此外，模量作為衡量材料剛性的指標，反映了瀝青混凝土在受到外力作用時變形程度的大小。模量越高意味著材料在相同外力作用下變形越小，從而具有更好的抗變形能力。

1.3 瀝青混凝土的耐久性能

瀝青混凝土的耐久性能是在長期暴露于外界環(huán)境和承受交通載荷的情況下，保持其結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的關(guān)鍵指標。這一性能主要由抗老化性能、抗裂性能以及抗水損性能等方面構(gòu)成。

抗老化性能指的是瀝青混凝土在長時間的氣候變化、紫外線照射和氧化作用下，其物理和化學性質(zhì)仍能保持穩(wěn)定的能力。這一性能對于確保瀝青混凝土路面在長期使用過程中不出現(xiàn)龜裂、剝落等老化現(xiàn)象至關(guān)重要。抗裂性能是指瀝青混凝土在承受溫度變化、交通載荷等影響時，抑制裂縫的形成和擴展能力。這一特性對于保持路面完整性并延長使用壽命至關(guān)重要。良好的抗裂性能可以有效減少裂縫的產(chǎn)生，提高路面平整度和行車舒適性。

最后，抗水損性能是指瀝青混凝土在水分侵蝕作用下，保持其結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的能力。水分是瀝青混凝土路面損壞的重要因素之一，抗水損性能良好的瀝青混凝土能有效防止水分滲透和侵蝕，減少路面損壞和降低養(yǎng)護成本[3]。

2 瀝青混凝土的改性技術(shù)

2.1 改性瀝青的種類與特性

現(xiàn)代道路建設(shè)中，改性瀝青通過添加各種改性劑顯著提升了瀝青的性能，以滿足不同環(huán)境和交通條件的需求。聚合物改性瀝青是一種常見類型，通過在瀝青中引入聚合物材料如SBS和SBR來改良性能。港珠澳大橋項目使用的SBS改性瀝青顯著提高了路面的抗車轍和抗疲勞性能，適應(yīng)了復(fù)雜的海洋環(huán)境。這種改性瀝青增強了路面的耐久性和抗裂性能，但成本較高，對施工工藝要求嚴格。

橡膠改性瀝青利用廢橡膠粉或橡膠乳液進行改性。美國亞利桑那州自1960年開始大規(guī)模使用，截至2021年約80%的高速公路采用此材料。它提高了路面彈性和抗裂性能，具有降噪效果和環(huán)保效益，但施工過程可能產(chǎn)生有害氣體。

高模量改性瀝青通過特殊改性劑提高瀝青混合料的模量。2015年英國M6高速公路改造項目采用了這種技術(shù)，顯著提高了路面承載能力，適用于重載交通，可減少路面厚度。然而，它對原材料質(zhì)量要求高，在低溫環(huán)境下可能出現(xiàn)脆性問題。

2.2 改性瀝青混凝土的制備工藝

施工工藝是將改性瀝青混凝土應(yīng)用于路面的關(guān)鍵步驟。主要包括路面清理、基層處理、鋪筑、壓實和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)[4]。首先，需對路面進行徹底清理，確保無雜物和油污。其次，對基層進行處理，使其平整、堅實并符合設(shè)計要求。在鋪設(shè)改性瀝青混凝土后，采用適當?shù)膲簩嵲O(shè)備對路面進行壓實是確保路面平整度和密實度的關(guān)鍵步驟。然后，進行必要的養(yǎng)護措施，如灑水、覆蓋等，以促進混凝土的硬化和穩(wěn)定。整個施工工藝的合理性直接關(guān)系到路面的平整度和使用壽命。因此，在施工過程中，必須嚴格按照工藝要求進行操作，確保每個環(huán)節(jié)都達到最佳狀態(tài)[5]。

3 改性瀝青混凝土的性能優(yōu)化

3.1 力學性能優(yōu)化

瀝青混凝土的抗壓強度是評價其承載能力的重要參數(shù)。為了提高抗壓強度，可以從骨料的選擇與配比、粒徑分布的優(yōu)化以及壓實工藝的改進等方面入手。通過合理的骨料配合和粒徑分布，結(jié)合優(yōu)化的壓實方法，可以顯著提升瀝青混凝土的抗壓強度，從而增強路面的承載能力和穩(wěn)定性。

評價瀝青混凝土抗裂性能和耐久性時，抗拉強度是一個至關(guān)重要的指標。為了提升抗拉強度，可以考慮添加合適的改性劑，如聚合物或纖維增強劑。這些改性劑能夠有效地增強瀝青與骨料之間的黏結(jié)性能，進而提高瀝青混凝土的抗拉強度，并減緩裂縫的擴展速度，從而延長路面的使用壽命。

抗剪強度是評價瀝青混凝土抗變形能力的重要指標。為了提高抗剪強度，需要優(yōu)化瀝青混凝土的配比和施工工藝。通過調(diào)整瀝青與骨料的比例、加強瀝青與骨料之間的黏結(jié)性能以及改進施工工藝，可以顯著提升其抗剪強度，有效增強路面的抗變形能力，這對于減少路面的變形和損壞現(xiàn)象具有顯著效果。

3.2 耐久性能優(yōu)化

在高溫條件下，瀝青混凝土容易發(fā)生變形和軟化，這嚴重影響著路面的使用性能。為了提升耐高溫性能，應(yīng)選擇高質(zhì)量的改性瀝青和骨料，確保能在高溫下保持穩(wěn)定的物理性能。同時，合理設(shè)計路面結(jié)構(gòu)，采用適宜的瀝青厚度和骨料粒徑分布，也能有效提高瀝青混凝土的耐高溫性能。

在低溫環(huán)境下，瀝青混凝土容易出現(xiàn)裂縫，大大減少了路面的使用壽命。為了增強低溫抗裂性能，可以采用柔性基層材料，有助于緩解溫度應(yīng)力對路面的影響。此外，添加適量的柔性劑和聚合物改性劑，能夠改善瀝青混凝土的低溫性能，使其在低溫下仍能保持較好的抗裂能力。

3.3 其他性能優(yōu)化

水損害是瀝青混凝土常見的損害形式之一，特別是在多雨或潮濕地區(qū)。為了提高瀝青混凝土的抗水損害性能，可以采取一系列措施。采用防水性能較好的防水瀝青，能有效阻止水分滲透到路面內(nèi)部。隨著交通流量的不斷增加，瀝青混凝土路面需要承受頻繁的交通載荷，容易導致疲勞損傷。為了提高瀝青混凝土的抗疲勞性能，可以從多個方面進行優(yōu)化。首先優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計合理的路面厚度和層間結(jié)合方式，以增強路面的整體承載能力。其次，選擇高強度骨料和添加劑，這些材料能增加瀝青混凝土的強度和韌性，提高其抗疲勞能力。瀝青混凝土性能優(yōu)化措施與預(yù)期效果見表1。

4 改性瀝青混凝土在路面工程中的應(yīng)用

在當前路面工程中，改性瀝青混凝土的應(yīng)用已經(jīng)成為一種主流趨勢。通過實際案例可以明確觀察到其在不同地區(qū)的應(yīng)用情況。

北京市東三環(huán)路作為連接城市各個區(qū)域的重要通道，日常交通流量巨大。改性瀝青混凝土的應(yīng)用不僅增強了路面的承載能力，還提高了其耐磨性和耐久性，使得這一路段在面對持續(xù)不斷的交通壓力時，依然能夠保持平整、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。同樣，上海市的南北高架路，作為城市快速交通系統(tǒng)的重要組成部分，其路面質(zhì)量對于保障城市交通的順暢至關(guān)重要。改性瀝青混凝土在這里也得到了廣泛的應(yīng)用。這種材料的應(yīng)用，使得南北高架路的路面更加平整、抗滑，有效提升了行車安全性和舒適性。

在改性瀝青混凝土的應(yīng)用中，施工技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，它是確保路面質(zhì)量達標的核心環(huán)節(jié)。整個施工過程涉及一系列精心設(shè)計的步驟，包括路面的徹底清理、基層的精細處理、瀝青的準確鋪裝以及后續(xù)的壓實工作。在這些步驟中，對施工溫度和壓實密實度的嚴格控制尤為關(guān)鍵。通過合理的溫度控制和密實度的確保，能顯著提高瀝青混凝土路面的密實性和平整度，進而保障路面的質(zhì)量和耐久性。

5 結(jié)語

改性瀝青混凝土憑借其卓越的性能，在路面工程領(lǐng)域獲得廣泛認可并取得顯著成效。研究表明，改性技術(shù)有效提高了瀝青混凝土路面的力學性能和耐久性能，延長了使用壽命，降低了養(yǎng)護成本，提升了行車安全性和舒適性。未來研究應(yīng)著重于改性瀝青混凝土在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，如開發(fā)具有自修復(fù)能力或能源收獲功能的路面材料；探索其在綠色建筑中的潛在用途，如透水性瀝青混凝土在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用 ；加強長期性能監(jiān)測和評估，優(yōu)化性能和工藝，以適應(yīng)不斷演變的交通需求。

參考文獻

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[5] 劉歡，林杰.廢舊瀝青路面材料的再生利用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（26）：89-92.

[作者簡介]董曉（1987—），女，濟南人，本科，工程師，研究方向：建筑工程。