瀝青混合料高溫性能對(duì)瀝青路面的影響及處治措施

呂效偉

（甘肅新科建工監(jiān)理咨詢有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 前言

目前，國內(nèi)公路瀝青路面的高溫抗車轍性能差是公路病害的主要表現(xiàn)形式，通過車轍試驗(yàn)可以評(píng)估瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。以AC-16C 粗集料的含量、油石比、粉膠比，進(jìn)行合理地配比設(shè)計(jì)，改善了混合料的高溫穩(wěn)定性。對(duì)瀝青混合料的種類、密度、添加劑抗車轍能力等進(jìn)行了較為全面的探討，提出了采用GTM 法進(jìn)行瀝青混合料配方設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。

1 原材料性質(zhì)分析

選用I-D 型SBS、AH-70 型重交型瀝青，其主要成分是玄武巖、石灰?guī)r。其主要原料滿足JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》。為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對(duì)所用的骨料按照顆粒尺寸分級(jí)篩選，然后進(jìn)行回配。

2 設(shè)計(jì)級(jí)配與特點(diǎn)

在AC-16 級(jí)配中，粗集料與細(xì)集料按4.75mm 的篩孔進(jìn)行分級(jí)。在分析粗集料的溫度穩(wěn)定性時(shí)，僅考慮了4.75mm 的通過率對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響。4.75mm 的通過率在規(guī)范的允許范圍之內(nèi)，形成4 個(gè)等級(jí)[1]。而影響瀝青混合料高溫特性的因素，實(shí)際上是4.75mm的改變，也就是粗骨料的含量。

為考察粉膠比變化對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響，固定4.75mm 通過率為41.7%，油石比4.5%，調(diào)整0.075mm通過率，相應(yīng)變化細(xì)集料用量，得到不同粉膠比的瀝青混合料。

3 高溫穩(wěn)定性影響因素研究

3.1 膠結(jié)料品種的影響

瀝青粘合劑自身的種類對(duì)高溫抗車轍性能的影響測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 瀝青混合料品種對(duì)高溫抗車轍能力影響數(shù)據(jù)

從表1內(nèi)容中可以看出，瀝青自身的膠結(jié)性能對(duì)于穩(wěn)定度的影響十分顯著，在使用改性瀝青過程中，如果其黏度較大，那么，通過率為4.75mm 的瀝青混合料，其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性可提高7～10 倍。這一效應(yīng)遠(yuǎn)大于粗集料的用量對(duì)動(dòng)穩(wěn)性的影響。因此，從這一點(diǎn)上可以看出，提高瀝青粘合料的粘性，可以極大地提高混合料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，降低車輛的車轍深度。采用高粘度的改性瀝青，可以有效地預(yù)防高溫車轍，改善瀝青混合料抗車轍性能。從表1中可以看出，不管是改性瀝青還是普通瀝青，均以最大的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和最小的車轍深度為目標(biāo)，以4.75mm 的粗集料通過率37.5%為最優(yōu)。結(jié)合料的種類變化不會(huì)影響這一定律。

3.2 混合料密度的影響

將GTM 和馬歇爾密度的計(jì)算方法相聯(lián)系，采用兩種不同的密度條件下，進(jìn)行了不同等級(jí)、不同比例的瀝青混合料，同時(shí)測(cè)定了在測(cè)試結(jié)束后的轍槽處的相對(duì)密度。

由不同密度車轍試件的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果分析如下：

（1）GTM 是美國工程機(jī)械師為了解決飛機(jī)跑道的損壞而研制的一種新型的機(jī)械設(shè)備，它是一種用于理論研究和工程實(shí)踐的工具。GTM 在選擇最優(yōu)瀝青摻量時(shí)，通過對(duì)不同耗油量的實(shí)驗(yàn)，繪制出與試驗(yàn)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定了設(shè)計(jì)密度和最佳配比。GTM 的密度是馬歇爾密度1.01-1.02，即相對(duì)于GTM 的密度，和馬歇爾的密度相比較；現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果好，可提高1～2%的強(qiáng)度。

（2）馬歇爾密度成形后，車轍溝區(qū)的相對(duì)密度比1.01～1.02，說明馬歇爾密度較低，車輪碾壓使瀝青混合料發(fā)生致密，形成了壓密型車轍。采用GTM 法成形后，在車轍溝道處，其相對(duì)密度與其相對(duì)密度大致相同。尤其是馬歇爾密度道岔，其密度與GTM 密度基本相同[2]。結(jié)果表明，采用GTM工藝可以有效地避免瀝青路面的再壓密而產(chǎn)生壓密型車轍。

（3）采用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定DS 作為準(zhǔn)則，密度的改變對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有很大的影響；在相同的等級(jí)或相同的粉膠比條件下，GTM 的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性是馬歇爾密度的1.4～1.5 倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用目前的碾壓設(shè)備可以有效地改善瀝青路面的抗車轍性能；通過科學(xué)的碾壓技術(shù)，可以使瀝青混凝土的密度達(dá)到98%以上。這是預(yù)防瀝青路面過早失效的關(guān)鍵。

4 結(jié)論及討論

（1）由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，不是粗骨料較多的路面，其高溫抗車轍能力較好，而以大動(dòng)穩(wěn)性、小車轍變形為目標(biāo)，以瀝青混合料本身的粗集料為最佳選擇；這種摻合料既能保證粗集料的骨架，又能使細(xì)集料的粘結(jié)力得到增強(qiáng)，進(jìn)而改善其整體強(qiáng)度，從而達(dá)到最大限度的提高瀝青混凝土的整體強(qiáng)度，促進(jìn)路面的抗車轍能力達(dá)到最優(yōu)化[3]。因此，結(jié)合本次研究結(jié)果，為了提升瀝青路面的高溫抗車轍能力，建議AC-16 型瀝青混合料粗集料含量為57%～67%，粉膠比1.2～1.6。

（2）不同類型、不同密度的膠結(jié)劑對(duì)瀝青混合料抗車轍性能的影響較大。研究發(fā)現(xiàn)，在高粘度的改性瀝青中，其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性可提高7 倍以上。在GTM密度條件下，其抗車轍性能比馬歇爾提高1.4 倍；因此，采用高粘度改性瀝青，并以GTM 作為參考密度，對(duì)道路的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究，可以顯著提高路面的高溫抗車轍能力。

（3）為提高瀝青路面的抗車轍性能，本文建議根據(jù)原始所推薦的粉膠比和粗集料含量實(shí)際情況，提出采用改性瀝青作為主要黏合劑，并以GTM 密度為控制指標(biāo)，提高瀝青的抗車轍性能。

5 結(jié)語

結(jié)合本文研究結(jié)果，為了全面提升目前瀝青路面的抗車轍能力，可根據(jù)推薦的瀝青混合料的改性瀝青使用，調(diào)節(jié)好適合的密度和膠結(jié)料配比，達(dá)到作業(yè)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)瀝青路面功能穩(wěn)定性設(shè)計(jì)目標(biāo)，保障車輛和行人的出行安全。