關(guān)鍵詞: 抗車轍性能 | 高模量 | 瀝青混合料 | 路用性能 | 施工工藝

車轍是zui常見(jiàn)的路面病害之一，車轍損壞的維修也十分耗資費(fèi)力。因?yàn)檐囖H不僅發(fā)生在表面，還經(jīng)常危及中下面層，高速公路上交通量大，而車轍維修常常需要銑刨重鋪面層，不僅影響正常通行，同時(shí)費(fèi)用很高 [1]。針對(duì)車轍問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者提出各種各樣的解決方法，其中有一種方法就是通過(guò)提高瀝青混合料的模量來(lái)提高路面的抗車轍能力 [2-3]。已有研究表明，混合料模量越高，車轍深度越低。由此認(rèn)為，解決車轍問(wèn)題可以采用提高混合料模量的做法 [4-5]。因此，通過(guò)使用高模量瀝青混合料鋪筑路面的做法得到了廣泛應(yīng)用。

我國(guó)公路建設(shè)在迅速發(fā)展，但車轍仍然是bi須面對(duì)和迫切需要解決的問(wèn)題 [6]。為解決中下面層的車轍問(wèn)題，相關(guān)研究人員也嘗試采用了改性瀝青、外加劑、低標(biāo)號(hào)瀝青等措施，以提高中下面層抗車轍性能，但由于缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，研究結(jié)論和成果推廣應(yīng)用價(jià)值也不明顯 [7-8]。文章依托某高速公路建設(shè)工程，從混合料設(shè)計(jì)方法、路用性能及施工工藝三個(gè)方面對(duì)高模量瀝青混合料進(jìn)行應(yīng)用研究。

高模量瀝青混合料（HMAC）設(shè)計(jì)

文章選擇橡膠瀝青、湖瀝青復(fù)合改性瀝青、巖瀝青復(fù)合改性瀝青、SBS 改性瀝青 +PR.M 和 SBS 改性瀝青 + 聚酯纖維 5 種改性瀝青，以及 SBS 改性瀝青、50 號(hào)硬質(zhì)瀝青，進(jìn)行高模量瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)研究。

原材料

瀝青

文章共使用 5 種瀝青膠結(jié)料，分別為 SBS 改性瀝青（66.6%）+ 湖瀝青（33.4%）；SBS 改性瀝青（85%）+ 巖瀝青（15%）；橡膠瀝青；SBS 改性瀝青；50 號(hào)硬質(zhì)瀝青。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）對(duì)這 5 種瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

集料

橡膠瀝青、湖瀝青復(fù)合改性瀝青、巖瀝青復(fù)合改性瀝青所用集料為青山泉石料廠產(chǎn)石灰?guī)r；硬質(zhì)瀝青所用集料采用長(zhǎng)江石業(yè)有限公司提供的石灰石集料；礦粉選用鎮(zhèn)江高資香山建筑材料廠生產(chǎn)的石灰石礦粉。按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）對(duì)所用集料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

HMAC-20 混合料配合比設(shè)計(jì)

（1）斷級(jí)配橡膠瀝青 HMAC-20 混合料設(shè)計(jì)結(jié)果。橡膠瀝青采用間斷級(jí)配，采用馬歇爾設(shè)計(jì)法確定橡膠瀝青混合料的zui佳油石比為 6.5%，經(jīng)馬歇爾各項(xiàng)性能試驗(yàn)檢測(cè)后的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）連續(xù)級(jí)配摻外加劑 HMAC-20 混合料設(shè)計(jì)結(jié)果。文章結(jié)合前期研究結(jié)果進(jìn)行了 SBS 改性瀝青AC-20 混合料設(shè)計(jì)，并在其基礎(chǔ)之上進(jìn)行了添加高模量添加劑（PR.M）和聚酯纖維的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。

高模量瀝青混合料性能研究

高溫穩(wěn)定性能

此研究對(duì) 7 種瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)車轍試驗(yàn)，采用動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車轍性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖 1 所示。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可得以下結(jié)論：

（1）湖瀝青復(fù)合改性瀝青、SBS 改性瀝青 +PR.M混合料的高溫穩(wěn)定性zui優(yōu)。

（2）PR.M、聚酯纖維的加入都能改善 SBS 改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，PR.M 相較于聚酯纖維有更好的改善效果。

抗水損害性能

當(dāng)前，隨著高性能瀝青路面技術(shù)的引進(jìn)，AASHTO T283 試驗(yàn)也被引入我國(guó)。AASHTO T283 試驗(yàn)采用的成型試件的方法更符合路面實(shí)際碾壓過(guò)程。文章將采用 AASHTO T283 試驗(yàn)和我國(guó)規(guī)范規(guī)定的浸水馬歇爾試驗(yàn)作為瀝青混合料抗水損害的評(píng)價(jià)方法。

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表明，7 種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均滿足相關(guān)規(guī)范要求（≥ 85%）。其中，巖瀝青復(fù)合改性瀝青、SBS 改性瀝青 +PR.M、橡膠瀝青3 種混合料的殘留穩(wěn)定度較高，分別達(dá)到了 89.5%、92.6%、92.8%。SBS 改 性 瀝 青、SBS 改 性 瀝 青 +PR.M混合料的殘留穩(wěn)定度分別為 86%、86.9% ；AASHTO T283 試驗(yàn)結(jié)果表明，7 種瀝青混合料的凍融劈裂比（TSR）均滿足規(guī)范要求（≥ 80%）。其中，橡膠瀝青、巖瀝青復(fù)合改性瀝青兩種混合料的 TSR 值z(mì)ui高，分別為 89.4%、94.1%。

綜合這兩種瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：

（1）SBS 改性瀝青 AC-20+PR.M、巖瀝青復(fù)合改性瀝青與橡膠瀝青 AC-20 混合料的抗水損壞性能zui優(yōu)。

（2）PR.M 對(duì) SBS 改性瀝青 AC-20 混合料水穩(wěn)定性的改善效果相較于聚酯纖維更好。

抗疲勞性能

文章采用四點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）橡膠瀝青 AC-20 混合料的抗疲勞性能是zui優(yōu)的，幾種高模量瀝青混合料的抗疲勞性能排序?yàn)?，橡膠瀝青＞ SBS 改性瀝青 + 聚酯纖維＞ SBS 改性瀝青＞巖瀝青復(fù)合改性瀝青＞ SBS 改性瀝青 +PR.M ＞湖瀝青復(fù)合改性瀝青＞硬質(zhì)瀝青。

（2）聚酯纖維能夠明顯改善 SBS 改性瀝青 AC-20混合料的抗疲勞性能；而 PR.M 對(duì) SBS 改性瀝青混合料的抗疲勞性能有不利影響。 

高模量瀝青路面施工工藝

某高速公路在 K29+400 ～ K29+950 處進(jìn)行了主線試驗(yàn)路中面層施工。

生產(chǎn)工藝

HMAC-20 混合料生產(chǎn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)使用成品橡膠瀝青，攪拌時(shí)間相比普通混合料延長(zhǎng) 5 ～ 10 s，瀝青加熱溫度需要達(dá)到 180 ℃以上。

碾壓工藝

橡膠瀝青 HMAC-20 混合料的壓實(shí)工藝與傳統(tǒng)中面層混合料壓路機(jī)壓實(shí)工藝有所區(qū)別，與以往橡膠瀝青上面層混合料不能采用膠輪碾壓的方式也不同。橡膠瀝青 HMAC-20 混合料壓實(shí)主要依靠初壓鋼輪壓路機(jī)，并通過(guò)膠輪壓路機(jī)復(fù)壓來(lái)封閉表面空隙，減少路面滲水系數(shù)。壓路機(jī)碾壓時(shí)遵循“高頻、低幅、緊跟、慢壓”的原則。

初壓開始溫度不低于 155 ℃，選用 2 臺(tái) 12 t 鋼輪壓路機(jī)，碾壓速度保持在 1.5 ～ 3 km/h，各壓 1 遍；復(fù)壓zui低溫度不低于 130 ℃，選用 3 臺(tái) 26 t 膠輪壓路機(jī)，碾壓速度為 3 ～ 4 km/h，各壓 2 遍；終壓溫度不低于110 ℃，選用 1 臺(tái) 12 t 鋼輪壓路機(jī)以 3 ～ 4 km/h 的速度碾壓 1 遍。

試驗(yàn)路段檢測(cè)

此次試驗(yàn)段按照規(guī)范規(guī)定的頻率進(jìn)行抽檢，項(xiàng)目組對(duì)試鋪段鉆取了 10 個(gè)芯樣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)。壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，芯樣厚度平均值為 58.7 mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求（≥ 56.0 mm）；按室內(nèi)成型的馬氏毛體積相對(duì)密度計(jì)算，馬氏壓實(shí)度平均值為 98%，滿足相關(guān)規(guī)范要求（≥ 96%）；按zui大理論相對(duì)密度計(jì)算值計(jì)算，理論壓實(shí)度平均值為 93.4%，均滿足相關(guān)規(guī)范要求（92% ～ 96%）。

結(jié)論

文章系統(tǒng)地對(duì)高模量瀝青混合料進(jìn)行了研究，提出了高模量瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法，并驗(yàn)證了其路用性能，zui后明確了高模量瀝青路面的施工工藝。研究結(jié)果對(duì)提升高速公路的建設(shè)水平和質(zhì)量、延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，具有重要的工程實(shí)踐價(jià)值，得到的主要結(jié)論如下：

（1）SBS 改性瀝青 AC-20 混合料摻外加劑試驗(yàn)結(jié)果表明：PR.M 和聚酯纖維都能提升 SBS 改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性，且 PR.M 相較于聚酯纖維有更好的改善效果；添加聚酯纖維能夠明顯改善 SBS改性瀝青混合料的抗疲勞性能，而 PR.M 對(duì) SBS 改性瀝青混合料的抗疲勞性能有不利影響。

（2）綜合各項(xiàng)瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果，橡膠瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞性。

（3）結(jié)合 HMAC-20 混合料特點(diǎn)，提出了對(duì)其拌和、碾壓的技術(shù)要求，特別是shou次提出對(duì)于橡膠瀝青HMAC-20 混合料可以采用膠輪壓路機(jī)碾壓。

參考文獻(xiàn)：

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棱柱體小梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是 2011 年交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評(píng)價(jià)瀝青混合料疲勞性能和測(cè)量勁度模量的非常重要的試驗(yàn)方法。該方法可以在DTS多功能動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以使用單獨(dú)式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)。尤其對(duì)于試驗(yàn)任務(wù)量比較大的單位，因?yàn)槠谠囼?yàn)可能持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)，幾小時(shí)到幾天、甚至幾周，所以配備一套單獨(dú)式的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動(dòng)伺服四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī) (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達(dá)60Hz的準(zhǔn)確加載波形的氣動(dòng)伺服試驗(yàn)儀。四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測(cè)試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞損傷

▍AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

▍EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn) (4PB-PR)

▍T0739-2011 瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍試樣通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù)定的夾緊力，保證測(cè)試過(guò)程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時(shí)仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)電流控制。

▍兩個(gè)夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點(diǎn)的夾緊和放松，四個(gè)試樣夾緊框可實(shí)現(xiàn)所有加載點(diǎn)和反力點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)。

▍頂部夾緊塊的標(biāo)志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿骸?/p>

▍氣動(dòng)伺服系統(tǒng)使用底部氣動(dòng)加載作動(dòng)器，配備高性能氣動(dòng)伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運(yùn)行中的自適應(yīng)控制，可始終維持測(cè)試所需的應(yīng)力/應(yīng)變。

▍薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量和控制荷載，主軸位移傳感器可實(shí)現(xiàn)中間加載框架的準(zhǔn)確定位。

▍試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進(jìn)行控制并測(cè)量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形(而不是懸浮式的測(cè)量部分變形的方法)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

▍基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡(jiǎn)單、效率高并符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

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