天然巖瀝青改性瀝青路面抗車轍性能分析

金雄

（云南省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院資產(chǎn)管理公司，昆明 650501）

1 引言

隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展，大量人口的轉(zhuǎn)移使得公路交通面臨著巨大的交通壓力，超載、重載已成為很多公路工程存在的突出難題，如果這些問(wèn)題長(zhǎng)期得不到有效的處理，將會(huì)加劇瀝青路面的車轍和老化問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)研究，提高瀝青混合料的模量能夠有效應(yīng)對(duì)車轍難題，使得瀝青路面具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

2 天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青性能評(píng)價(jià)

2.1 常規(guī)指標(biāo)

根據(jù)公路工程領(lǐng)域的瀝青與瀝青混合料應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，施工企業(yè)在參與項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中，必須嚴(yán)格開展相應(yīng)的檢測(cè)，根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果，天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的改性瀝青【1】。這也從側(cè)面驗(yàn)證了天然巖瀝青改性瀝青的使用可以改變?yōu)r青混合料的高溫性能。

2.2 性能分級(jí)

根據(jù)瀝青膠結(jié)料的性能分級(jí)規(guī)范，在實(shí)際的施工過(guò)程中，施工企業(yè)必須要對(duì)天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青開展PG 分級(jí)試驗(yàn)，最終根據(jù)分級(jí)試驗(yàn)的最終結(jié)果，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該材料的有效應(yīng)用，使得各分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果可以作為瀝青路面抗車轍性能改進(jìn)的重要依據(jù)。

3 天然巖瀝青改性劑作用機(jī)理

3.1 改性瀝青機(jī)理

天然巖瀝青屬于一種比較特殊的瀝青材料，從該種材料的形成過(guò)程來(lái)看，天然巖瀝青為瀝青基屬，從其構(gòu)成來(lái)看，其中包含了多種有機(jī)鏈，比如，羧基、羰基、醛、萘等。這些有機(jī)鏈的存在可以有效使得石油瀝青中的活性基團(tuán)交聯(lián)聚合起來(lái)，當(dāng)在常規(guī)的瀝青材料中摻入一定量的天然巖瀝青以后，原有瀝青分子的排列方式和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)必將發(fā)生改變，也就使得瀝青的內(nèi)聚力與抗拉斷力大大提升，其中，最為突出的表現(xiàn)就是改性瀝青的組分比例較之原來(lái)存在著明顯的不同，在此情況下，瀝青性能也必將有所變化【2】。

3.2 界面改性機(jī)理

天然巖瀝青在實(shí)際的施工應(yīng)用過(guò)程中同樣存在著界面改性機(jī)理。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)將天然巖瀝青與熱骨料干拌時(shí)，部分外摻劑會(huì)在此過(guò)程中逐步融化和變軟，進(jìn)而局部裹在石料的表面。隨后，將一定量的熱瀝青加入其中開展再次的攪拌作業(yè)，在攪拌過(guò)程中瀝青膜會(huì)直接與骨料表面所存在的外摻劑軟化膜接觸。這種直接接觸作用下，石料與瀝青界面所存在的瀝青料與軟化外加劑會(huì)發(fā)生相互的滲透作用。這種滲透作用使得瀝青膜局部得以增強(qiáng)，構(gòu)成了強(qiáng)大的界面力，這在一定程度上能夠避免石料在強(qiáng)大的外力作用下在界面之間的移動(dòng)。

3.3 變形恢復(fù)作用

天然巖瀝青改性劑中存在部分的彈性成分，當(dāng)在施工過(guò)程中處于高溫環(huán)境時(shí)，這些彈性成分的存在會(huì)使得瀝青材料具有一定的變形恢復(fù)功能。這一功能的存在一定程度上可以大大提升瀝青路面的抗變形能力。普通的瀝青混合料中添加一定的巖瀝青改性劑，提高了瀝青混凝土的模量。這一改變可以使得瀝青路面的性能得以優(yōu)化，即使在較大的車輛車載作用下，瀝青混合土的應(yīng)變也相對(duì)較小，對(duì)瀝青混凝土的不可恢復(fù)殘余變形起到了重要的控制作用，對(duì)于延緩車轍出現(xiàn)具有重要的意義，瀝青路面的使用年限也會(huì)有所延長(zhǎng)【3】。

4 天然巖瀝青改性瀝青路面的抗車轍性能有限元分析

天然巖瀝青改性劑在瀝青路面中的應(yīng)用可以提升路面的抗車轍性能，在當(dāng)前的公路工程項(xiàng)目中，瀝青路面非常常見，隨著公路交通通行量的增加，如果要保持瀝青路面良好的使用性能，就必須要保障路面的高溫穩(wěn)定性。以某公路工程為例，此工程中的面層為巖瀝青改性瀝青膠結(jié)料，摻量為8%，此路面結(jié)構(gòu)A 和B 分別為巖瀝青改性瀝青路段、普通路段，將這些路面結(jié)構(gòu)開展二維有限元分析，分析在同樣的溫度、軸載作用條件下，巖瀝青改性劑對(duì)抗車轍性能的直接影響。

4.1 軸載作用次數(shù)的影響

在公路工程項(xiàng)目中，交通通行量對(duì)瀝青路面的車轍病害有著直接的影響。根據(jù)相關(guān)研究，車轍變形與累計(jì)當(dāng)量軸次之間為正相關(guān)關(guān)系，二者同向變化。以40℃改性瀝青與基質(zhì)瀝青混合料的材料參數(shù)作為研究對(duì)象，當(dāng)處于標(biāo)準(zhǔn)軸載作用時(shí)，其路面結(jié)構(gòu)車軸變形的變化如圖1 所示。

圖1 軸載作用次數(shù)的影響

如圖1 所示，在軸載次數(shù)逐步增加的過(guò)程中，路面結(jié)構(gòu)A 和B 的車轍深度都隨之呈現(xiàn)出明顯的增大趨勢(shì)。從其增大趨勢(shì)的分布圖來(lái)看，在軸載次數(shù)在104之前，其車轍深度的增速非常緩慢，而在后續(xù)軸載系數(shù)達(dá)到106以后，車轍深度增速非常快，這主要是路面結(jié)構(gòu)A 中使用了一定的巖瀝青改性瀝青。這種材料的使用在一定程度上提升了路面的抗車轍變形能力，因而也就使其車轍深度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)路面的車轍深度。

4.2 溫度的影響

瀝青混合料是一種比較特殊的材料，其本身的吸熱能力較強(qiáng)，在炎熱的夏季，瀝青混合料材料的特殊性質(zhì)使得在此類路面周邊會(huì)形成強(qiáng)大的溫度場(chǎng)，而此溫度場(chǎng)在形成以后，可以使得瀝青路面在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)可以維持在高溫條件下，當(dāng)瀝青路面受到極大的外部荷載作用力下，極易引起嚴(yán)重的車轍變形現(xiàn)象【4】。當(dāng)累計(jì)軸載作用為106時(shí)，溫度處于變化狀態(tài)下時(shí)，路面結(jié)構(gòu)A 和B 的車轍深度如圖2 所示。

在溫度逐步升高的過(guò)程中，瀝青路面也會(huì)隨著溫度的增加而出現(xiàn)越來(lái)越明顯的永久變形現(xiàn)象。當(dāng)溫度超過(guò)40℃時(shí)，瀝青路面永久變形量的增速明顯，對(duì)比15～40℃、40～60℃這2 個(gè)溫度區(qū)間的車轍變化，40～60℃車轍現(xiàn)象更為突出，這也從側(cè)面證明了在溫度逐步升高的過(guò)程中，瀝青材料本身的抗變形能力也大大降低，因此，在此溫度區(qū)間中的車轍深度相對(duì)較大。此外，在同樣的溫度與荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)A 中使用的是巖瀝青改性瀝青材料，有效實(shí)現(xiàn)了路面抗車轍性能的優(yōu)化。

圖2 溫度的影響

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面在公路工程中非常常見，在實(shí)際的工程建設(shè)施工過(guò)程中，車轍病害對(duì)路面影響是非常大的，如果要改變?yōu)r青路面的抗車轍性能，工程企業(yè)就需要在施工建設(shè)的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)天然巖改性瀝青的使用，使得路面具有更好的抗車轍變形能力。