六景至欽州港公路改性瀝青路面設(shè)計與性能評價

關(guān)鍵詞：改性瀝青；排水瀝青；OGFC-13；高溫性能；水穩(wěn)定性能中圖分類號：U416.217 文獻標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.WCcst.2025.03.012文章編號：1673-4874（2025）03-0042-04

0 引言

廣西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候特點為高溫多雨，特別是在頻繁降雨和高濕度的汛期，更對公路路面提出了特殊要求。六景至欽州港公路是廣西高速公路網(wǎng)的重要組成部分，也是北部灣經(jīng)濟開發(fā)的關(guān)鍵交通工程。該公路全長約 140km ，地形復(fù)雜、降雨豐富，對路面的排水性能和穩(wěn)定性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

近年來，隨著廣西經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸需求日益增長，公路路面在高溫、強降雨等復(fù)雜氣候條件下的使用性能問題逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)瀝青路面由于排水性能不足，易出現(xiàn)積水、打滑以及車轍等問題，直接威脅行車安全性[1-3]。此外，在高溫氣候條件下，瀝青路面易發(fā)生軟化，導(dǎo)致車轍加劇和路面變形[4-6。因此，設(shè)計適合廣西氣候條件的高性能改性瀝青路面，成為保障公路高效運營和安全通行的重要課題。

改性瀝青路面因其良好的排水性、高溫穩(wěn)定性和抗裂性能，已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。本文基于六景至欽州港公路實際工程背景，研究適用于廣西高溫多雨氣候條件的改性瀝青路面設(shè)計與性能評價。通過系統(tǒng)試驗與分析，優(yōu)化改性瀝青材料和路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，探索其在實際工程中的適用性與經(jīng)濟性，為廣西區(qū)域公路建設(shè)和養(yǎng)護提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1改性瀝青材料設(shè)計與性能研究

1. 1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青是改性瀝青制備的核心材料，其性能直接影響混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。本研究選用符合《橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范》（DJ/TJ08一2019）的 70^# 道路石油瀝青，具有較高的黏附性能和優(yōu)異的耐久性?；|(zhì)瀝青的軟化點、針入度等指標(biāo)經(jīng)過嚴格篩選，以確保其適用于高溫氣候條件下的公路路面。

1.1.2改性劑

改性劑的選擇是決定瀝青性能提升的關(guān)鍵。本研第一作者簡介：金濤（1990一），工程師，主要從事工程管理工作。

究采用橡膠粉與SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）復(fù)配的改性方案，其中橡膠粉能夠顯著提高瀝青的抗疲勞性能和耐高溫性能，而SBS改性劑可進一步增強瀝青的彈性和低溫性能。橡膠粉的粒徑控制在 gt;60 目，SBS改性劑的摻量優(yōu)化為 3.5% ，以實現(xiàn)兩種改性劑協(xié)同作用的最佳效果。

1.2 改性瀝青制備過程

改性瀝青的制備采用濕法工藝，其過程包括材料預(yù)處理、剪切混合和保溫發(fā)育三大步驟，以確保其性能滿足設(shè)計要求。（1）基質(zhì)瀝青在 170°～180° 的溫度下預(yù)熱至流動狀態(tài)，去除雜質(zhì)確保純凈；橡膠粉篩分至gt;60 目，并干燥至含水率 lt;0.5% ;SBS改性劑切割成小顆粒便于均勻分散。（2）使用高剪切設(shè)備進行濕法混合，將橡膠粉逐步加入預(yù)熱瀝青，保持3000～3500rpm的轉(zhuǎn)速剪切20min，使其充分膨脹并分散均勻。（3）加入SBS改性劑，繼續(xù)剪切 30min ，形成均勻的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；在此過程中加入穩(wěn)定劑和抗老化劑，提升材料的綜合性能。（4）混合完成后，在 180^°C～190^°C 的溫度下保溫發(fā)育2h，促進橡膠粉與SBS的深度交聯(lián)，同時消除混合產(chǎn)生的氣泡，確保均勻性。

制備后對軟化點、針入度及60 C 動力黏度等關(guān)鍵指標(biāo)進行檢測，以確保改性瀝青性能符合規(guī)范要求。

1.3 試驗方案

為研究橡膠粉和SBS改性劑共同作用對改性瀝青性能的影響，本文共設(shè)計了6組試驗，設(shè)置橡膠粉摻量分別為 7.5%.11.5%.17.5%.24.5% ，設(shè)置SBS改性劑摻量分別為 2.5%.3.5%.4.5%.5.5%.6.5% ，具體試驗工況如表1所示。

2改性瀝青材料性能測試

2.1常規(guī)力學(xué)指標(biāo)

不同工況下改性瀝青的針入度、軟化點、延度的試驗結(jié)果如圖1所示。

SBS摻量較高 （6.5% 和 5.5% ）的組合下，改性瀝青表現(xiàn)出較高的硬度和低溫抵抗能力。工況 3^? 和工況 4^? 的針入度升高，分別為49 3.5（0.1mm） 和 54.6（0.1mm） ，顯示橡膠粉摻量增加至 17.5% 時材料柔性顯著提升，適應(yīng)復(fù)雜溫度變化條件。工況 6^? 的針入度較高，為53.5（0.1mm） ，進一步說明高橡膠粉摻量 （24.5% ）對柔韌性的增強效果。

由圖1（b）可知，工況 1^? 和工況 2^? 軟化點較高（99.6^°C 和 98.5° ），表明在低橡膠粉摻量 （7.5% 、11.5% ）和高SBS摻量 （6.5%.5.5% 下，改性瀝青的高溫穩(wěn)定性最佳。而工況 4^? 和工況 6^? 軟化點較低（91. 5°C 和91.1℃），表明高橡膠粉摻量（ 17.5% 、24.5% ）和低SBS摻量 （3.5%.2.5% 削弱了高溫性能?？傮w來看，高SBS摻量有助于提高軟化點，而過高的橡膠粉比例需優(yōu)化以平衡性能?？紤]廣西公路實際情況，雖然工況 1^? 的軟化點最高，但SBS摻量較大，而工況 6^? 的軟化點最低，但SBS摻量較小，并且同樣能滿足規(guī)范要求，因此推薦工況 6^? 改性瀝青。

由圖1（c）可知，工況 1^? 和工況 4^? 的延度較高（45.4cm和43. 40m ，表明低橡膠粉摻量 （7.5% 和17.5% ）與較高SBS摻量 6.5% 和 3.5% 組合顯著增強了材料的延展性。而工況 6^? 的延度最低 26cm） ，顯示在高橡膠粉摻量 （24.5% ）和低SBS摻量 （2.5% ）條件下，材料的延展性明顯下降，可能與高橡膠粉摻量導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于柔軟、應(yīng)力傳遞不足有關(guān)?？傮w來看，橡膠粉和SBS比例的優(yōu)化對延度性能具有顯著影響，高SBS摻量對提升延展性尤為關(guān)鍵。

為進一步研究橡膠粉與SBS改性劑在改性瀝青中的分散均勻性及其穩(wěn)定性，本文設(shè)計了離析試驗。將制備好的改性瀝青樣品置于 180^°C 環(huán)境下靜置48h，分別取上下兩層樣品，測定其軟化點差值。軟化點差值越大，表明離析現(xiàn)象越嚴重。離析試驗結(jié)果如表2所示。

由圖1（a）可知，不同工況下改性瀝青的針入度隨橡膠粉和SBS摻量的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。工況 1^? 和工況 2^? 的針入度較低，分別為 47.5（0.1mm） 和45.3中 0.1mm） ，表明在橡膠粉摻量較低 （7.5% 和 11.5% ）且由表2離析試驗結(jié)果可知，橡膠粉和SBS摻量對改性瀝青的分散性和存儲穩(wěn)定性具有顯著影響。較高的SBS摻量（如工況 1^? 和工況 2^? 不宜采用）容易導(dǎo)致上層軟化點明顯偏高，而較低的SBS摻量（如工況 6^? ）則改善了離析現(xiàn)象。綜合經(jīng)濟與性能等因素，推薦使用工況 6^? 復(fù)配改性瀝青。

2.2改性瀝青流變指標(biāo)

考慮到本文研究對象為廣西公路，其高溫多雨的氣候特點使改性瀝青的高溫性能顯得尤為重要。動態(tài)剪切流變試驗（DynamicShearRheometer，DSR）是一種能夠準(zhǔn)確評估瀝青在中高溫條件下黏彈性行為的流變學(xué)測試方法，非常適合用于高溫性能研究。根據(jù)上文離析試驗結(jié)果，排除工況1和工況 2^? ，對剩余的4組工況進行流變指標(biāo)的測定。本文將采用DSR試驗對改性瀝青的流變指標(biāo)進行測定，以分析橡膠粉和SBS改性劑對材料高溫性能的影響。計算車轍因子 G^* /sino并繪制相關(guān)曲線，如圖2所示。

由圖2可知，工況 3^? 在所有溫度下剪切模量均最高 .70° 時達到11.53 kPa ，88℃時仍有3.38 kPa ，表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫抗剪能力。工況 4^? 模量最低， 88^°C 時僅為 1.99kPa ，顯示其高溫條件下的抗變形能力較弱。工況 5^? 和工況 6^? 的表現(xiàn)介于二者之間，顯示適中橡膠粉0 11.5% ）與低 SBS（2.5% 配比仍能維持較好的模量水平。結(jié)果表明，提高SBS摻量是改善高溫性能的關(guān)鍵，適中的橡膠粉與SBS比例的組合能夠有效提升改性瀝青的高溫抗車轍能力。

綜合考慮改性瀝青的經(jīng)濟性、存儲穩(wěn)定性以及實際工程應(yīng)用需求，工況 6^? 復(fù)配改性瀝青具有成本低、分散性好以及高溫性能滿足規(guī)范的優(yōu)點，適用于廣西高溫多雨的公路路面。為此，本文推薦工況 6^? 配比作為該項目最優(yōu)選擇，為后續(xù)排水瀝青配合比設(shè)計提供材料基礎(chǔ)。

3排水瀝青配合比設(shè)計及路用性能評價

結(jié)合廣西高溫多雨的氣候特點，本文進一步開展排水瀝青配合比設(shè)計及路用性能評價研究，重點分析其高溫性能和水穩(wěn)定性能，為路面材料的實際應(yīng)用提供技術(shù)支持。

3.1排水瀝青原材料

通過選擇工況 6^? 復(fù)配改性瀝青作為基質(zhì)瀝青，并配合高強度玄武巖粗集料、機制砂細集料、優(yōu)質(zhì)礦粉和纖維穩(wěn)定劑，形成的排水瀝青混合料具有優(yōu)異的排水性能、高溫抗車轍能力和良好的水穩(wěn)定性，能夠滿足廣西公路在高溫多雨環(huán)境下的使用需求，為后續(xù)配合比優(yōu)化提供材料基礎(chǔ)。

3.2排水瀝青混合料級配比設(shè)計

本文基于OGFC-13型開級配排水瀝青混合料進行級配設(shè)計[8]。OGFC-13型混合料具有較大的孔隙率和良好的排水能力，同時具備較高的高溫抗車轍性能和水穩(wěn)定性。本文設(shè)計了3組OGFC-13型級配混合料和1組OGFC-13型混合料作為對比，如表3所示。通過馬歇爾試驗，最終確定不同級配下最佳油石比為 4.5% 。

3.3排水瀝青混合料抗高溫性能

通過高溫車轍儀研究不同工況下的瀝青混合料的高溫性能，結(jié)果如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)顯示，4種混合料的高溫性能存在顯著差異，其中動穩(wěn)定度與車轍深度呈反向關(guān)系，表明動穩(wěn)定度越高，混合料的抗車轍能力越強。其中，OGFC-13-1的動穩(wěn)定度最高，為11185次/ mm ，表明其抗車轍能力最強。 OGFC-13-2，OGFC-13-3 和 PAC-13-4 分別比OGFC-13-1低 9.1%.24.9% 和 60.9% 。同時，OG-FC-13-1的車轍深度最小，其余工況分別較第一組工況車轍深度增加 4.5%，16.5%，34.6% 。綜上所述，OG-FC-13型瀝青混合料的級配優(yōu)于PAC型，OGFC-13-1在動穩(wěn)定度和車轍深度兩方面均表現(xiàn)最佳，適用于高溫抗車轍性能要求較高的路段。

3.4排水瀝青混合料水穩(wěn)定性能

為評估不同排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，本文采用浸水馬歇爾試驗對4種混合料的殘留穩(wěn)定度進行測試，分析其在水環(huán)境下的強度保持能力和抗水損性能，為混合料的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。殘留穩(wěn)定度越高，說明混合料在水環(huán)境下的強度保持能力越強。其中，殘留穩(wěn)定度 R_s 計算方法如下：

式中： R_s 1 殘留穩(wěn)定度；S_w —浸水穩(wěn)定度；S_d 一干燥穩(wěn)定度。

試驗結(jié)果如表4所示。由表4可知， OGFC-13-1 的殘留穩(wěn)定度最高，為 86.7% ，表現(xiàn)出優(yōu)異的水穩(wěn)定性能。這表明其骨架結(jié)構(gòu)與瀝青結(jié)合較緊密，能夠有效抵抗水分侵蝕。 OGFC-13-2 的殘留穩(wěn)定度為 84.2% ，略低于OGFC-13-1，說明其抗水損能力稍遜一籌，但仍能滿足排水瀝青路面使用需求。OGFC-13-3和PAC-13-4的殘留穩(wěn)定度分別為75. 6% 和 70.9% ，抗水損性能明顯較弱，尤其是PAC-13-4在水環(huán)境下的強度下降幅度較大，不適合在濕度較高的路段應(yīng)用。

綜上， OGFC-13-1 和OGFC-13-2在浸水馬歇爾試驗中表現(xiàn)出良好的水穩(wěn)定性能，適合應(yīng)用于廣西多雨濕熱環(huán)境下的公路路面。其中， OGFC-13-1 綜合性能最佳，推薦作為排水瀝青的優(yōu)選級配方案，以保證路面在長期服役條件下的抗水損能力和耐久性。

4結(jié)語

本文結(jié)合廣西高溫多雨氣候特點，基于六景至欽州港公路的實際工程需求，對改性瀝青材料設(shè)計及排水瀝青混合料的性能進行了系統(tǒng)研究，得出以下結(jié)論：

（1）通過對不同配比改性瀝青的力學(xué)性能、流變性能及離析性能測試，推薦工況 6^? 復(fù)配改性瀝青作為基質(zhì)材料。工況 6^? 改性瀝青在高溫性能、分散性和經(jīng)濟性上表現(xiàn)優(yōu)異，適合應(yīng)用于廣西復(fù)雜氣候條件下的公路路面。

（2）基于OGFC-13型設(shè)計的排水瀝青混合料級配，在高溫性能和排水能力上顯著優(yōu)于PAC型級配。通過試驗驗證，OGFC-13-1級配的動穩(wěn)定度最高（11185次/ '_mm） ，車轍深度最小 （1.33mm） ，表現(xiàn)出卓越的高溫抗車轍性能，適用于高溫負荷較大的路段。

（③浸水馬歇爾試驗表明， OGFC-13-1 級配的殘留穩(wěn)定度達到86. 7% ，顯著高于其他工況，具有優(yōu)異的抗水損能力和強度保持性。 OGFC-13-2 的水穩(wěn)定性能次之，同樣適用于濕熱環(huán)境下的路面使用。

建議在實際工程中優(yōu)先采用OGFC-13-1級配與工況 6^? 改性瀝青的結(jié)合方案，同時可根據(jù)具體路段需求進一步優(yōu)化配合比設(shè)計，提升路面的使用壽命和整體性能，為廣西區(qū)域公路建設(shè)提供可靠保障。

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