高模量瀝青路面在柳州南外環路中的應用研究

摘要：外摻劑作為提升路面材料性能的新型材料越來越多地得到開發和利用。文章以高模量劑為對象進行瀝青混合料的研究，分別以不同摻量的高模量劑（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%）加入到瀝青混合料中，通過車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗來評價和分析混合料的高溫穩定性、低溫抗開裂性及水穩定性，并以柳州南外環路建設為依托進行高模量瀝青混合料的實地試驗段鋪筑應用，通過后期的道路檢測表明高模量瀝青路面具有較好的路用性能表現。

關鍵詞：高模量劑;瀝青混合料;路用性能;工程應用

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 017

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0056 - 05

0 引言

瀝青路面是我國道路工程的重要組成部分，其較好的行車舒適性、路面平整性和施工周期較短等優勢成為其被不斷推廣應用的主要原因。然而，瀝青路面在經過長時間服役后，會產生一些路面病害問題，如車轍、龜裂等。相關研究表明：在已竣工運營2～3年的高速公路上會產生不同軸型程度的車轍病害問題[1 -2]。當車轍病害處于輕度階段時，會影響行車的舒適性并伴有一定的行車安全風險;當車轍病害處于中高等級階段時，會直接造成路面的橫縱向裂縫，嚴重情況下會造成大面積的坑槽，影響路面結構的安全和穩定性[3]。

關于路面結構的耐久性問題，國內的相關學者進行了大量研究，肖鵬[4]等學者提出了采用玄武巖纖維外摻的方式來提升瀝青路面的高溫抗車轍能力，同時還能提升材料的低溫抗開裂能力和抗疲勞性能。李剛[5]等學者研究了不同摻量下的路可比材料對瀝青混合料的影響，研究表明可以顯著改善瀝青路面的抗車轍能力。高模量劑[6]是一種聚合物提煉的聚酯材料，作為外摻材料可以應用于道路工程中，改善瀝青混合料技術性能的不足。本文針對高模量劑在瀝青混合料中的應用進行研究，探究其合適的摻量使用要求和施工工藝，不僅可以提高高模量瀝青混合料的研究水平，而且對推動瀝青路面技術水平提升具有重要作用。

1 原材料

1.1 集料

研究采用的集料為廣西產的石灰巖，粗細集料都符合規定要求。粗細集料的篩分通過率如表1所示。

1.2 填料

研究采用的填料為廣西產的石灰巖礦粉，其符合《公路瀝青路面施工技術規范》中的標準要求。礦粉質量技術指標如表3所示。

1.3 瀝青

研究采用的瀝青為SBS改性瀝青，其各項性能指標如表4所示。

1.4 高模量劑（PR）

研究試驗采用的高模量劑（ PR）由上海道路新材料公司生產，其外表為黑色的顆粒狀固體，具有較好的物理力學性能，其技術參數如表5所示。

2 高模量瀝青混合料配合比設計

結合試驗要求，本研究選定的目標級配為AC -13瀝青混合料，其通過率如表6所示。

以0. 4%高模量劑（PR）為例，其混合料的馬歇爾試驗結果如表7所示，其最佳油石比為5.0%。同理分別確定不同高模量劑摻量下混合料的最佳油石比，結果如表8所示。

3 高模量瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩定性

試驗采用300 mm×300 mm×50 mm試件，選用HDCZ-01- 09A車轍試驗機測試，用動穩定度評價高模量瀝青混合料的高溫性能。試驗結果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，隨著高模量劑摻量的增加，瀝青混合料的動穩定度不斷增長，但其增長速率卻逐漸降低，高模量劑摻量在0.6%、0. 8%和1.0%時，其對應的瀝青混合料動穩定度分別是普通瀝青混合料的1. 45、1.56和1.62倍。與此同時，隨著高模量劑摻量的提升，混合料對應的60 min相對變形也逐漸降低，摻量在0. 4%以上時，瀝青混合料的相對變形逐漸趨于平緩。高模量劑是聚合物材料，能夠顯著提升材料的粘聚特性，提升瀝青混合料的整體強度，在一定程度上促使混合料的抗車轍能力得到改善。

3.2 低溫抗裂性

本試驗在UTM - 25試驗機上進行低溫彎曲試驗，試驗溫度為-10℃±0.5℃，加載速率為50 mm/min，試驗所用試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm棱柱體瀝青混合料小梁。試驗結果如表9所示。

由表9可知，隨著高模量劑摻量的提升，瀝青混合料的抗彎拉強度和彎拉勁度模量下降，破壞應變增大。當高模量劑摻量在0.6%、0. 8%和1.0%時，其對應的瀝青混合料破壞應變較普通瀝青混合料分別提升了33%、36%和38%，說明高模量瀝青混合料的低溫抗裂性能得到有效提升。

3.3 水穩定性

采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價瀝青混合料的水穩定性，其測試結果如表10～11和圖3～4所示。

由表10～11和圖3～4可知，隨著高模量劑摻量的提升，瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂強度比呈先上升后下降的趨勢，但混合料的水穩定性試驗結果均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20 - 2011）中的設計要求。

4 工程應用

柳州南外環路是連接航嶺路、門頭路和柳石路的一條西東向通道，同時該路與陽和大道、古亭大道等連通成為柳州市外環路的一部分。道路計算行車速度為80 km/h，為城市快速路，快車道為雙向六車道。其路面結構如表12所示。

實際工程中，本研究在DKO+ OOO～DK6+ 000路段進行了6 km的高模量瀝青路面的鋪筑，高模量劑的摻量選擇為0. 6%。在道路鋪筑完成，車輛運營后，對高模量瀝青混合料生產路段300 m的路段進行檢測。由于跟蹤觀測時，路面已經通車，為安全起見，檢測主要集中在行車道進行。檢測結果如表13所示。

從滲水系數、構造深度和摩擦系數的檢測結果來看，高模量瀝青路面均滿足上面層技術要求，試驗路與生產路段檢測結果基本一致，表明路面結構具有較強的承載力，路面結構狀況良好。

5 結語

本文針對高模量劑對瀝青混合料路用性能的影響進行研究，分別選取了6種不同摻量進行瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性研究。研究表明：高模量劑摻量在0. 6%時，混合料的動穩定度較普通瀝青混合料提升了45%;低溫抗裂性能較普通瀝青混合料提升了33%;隨著纖維摻量的增加，瀝青混合料的水穩定性呈先上升后下降的趨勢。研究結合柳州南外環路建設工程進行了6 km的高模量瀝青混合料的試驗段鋪筑，后期檢測表明路面使用達到較好效果。

參考文獻

[1]常曦.瀝青路面常見病害產生原因與防治措施[J].科技經濟導刊，201 9，27（10）：71.

[2]田錦鵬.瀝青路面抗車轍性能提高對策探析[J].山西建筑，2019，45（10）：140， 258.

[3]呂麗君.瀝青路面抗車轍性能提高對策的探析[J].山西建筑，2 019，45（9）：148 - 149.

[4]肖鵬，仲星全，丁春梅，等.玄武巖纖維高模量瀝青混合料路面結構優化分析[J].施工技術，2018，47（5）：73 -76.

[5]李剛.路可比改性劑摻量對瀝青混合料路用性能影響規律研究[J].中外公路，2018，38（2）：277- 281。

[6]李劍波，肖雷.高模量瀝青混合料在高速公路養護工程中的應用分析[J].中國建材科技，2018，27（6）：28 - 29，6.

作者簡介：楊波（1978-），高級工程師，碩士，研究方向：道路橋梁工程與職業教育。