環保型高性能瀝青混合料在高速公路長壽命路面中的應用與性能評估

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.Wccst.2025.03.007

文章編號：1673-4874（2025）03-0024-04

0 引言

近年來，伴隨著我國國民經濟增長與城市化進程加快，道路交通等基礎設施建設實現了飛躍式發展。依據“十四五\"規劃，公路網絡預計新增里程約 30×10⁴km 這一自標提高了對高品質瀝青材料的需求。然而，在瀝青的生產、拌和及鋪設這一系列環節中，往往會伴隨著一系列揮發性有害化學物質的釋放，諸如 NO₂，H₂S，SO₂ 以及瀝青煙等，這些污染物不僅嚴重侵蝕著空氣質量，更對公眾健康與居住環境的舒適度構成了直接威脅[1-3]。

針對這一挑戰，環保型高性能瀝青應運而生，其依托前沿科技，將瀝青中的部分揮發性有機成分轉化為非揮發性物質，從而在根源上削減了刺激性氣體的排放量，有效滿足了大氣污染物排放控制標準[4-5]。同時，該材料仍然保留瀝青的基礎性能，確保了其在道路建設中的卓越表現與持久耐用性。

1環保型高性能瀝青混合料在公路長壽命路面中應用的優勢

在高速公路長壽路面中有效應用環保型高性能瀝青混合料，主要優勢體現如下：

（1）環境友好與節能減排。相比傳統瀝青混合料，環保型高性能瀝青混合料在生產和使用過程中能顯著降低揮發性有機物（VOCs）、 SO₂ 、NH、HS等有害氣體的排放量，有助于改善空氣質量，減少環境污染。

（2）長壽命與低維護成本。環保型高性能瀝青混合料的應用使得公路路面設計壽命可達到40年以上，遠高于傳統瀝青路面15年的設計壽命。

（③優異的路用性能。具備較高的動穩定度，能有效防止高溫條件下路面車轍的形成，提高路面的高溫穩定性。同時，在低溫環境下依然能保持較好的抗裂性能，減少因溫度變化引起的路面開裂問題。此外，環保型高性能瀝青混合料具有良好的水穩定性，這使得路面在潮濕或水浸條件下依然能保持良好的使用性能。

（4耐久性。環保型高性能瀝青混合料具有較高的疲勞壽命次數，能夠有效延長路面的使用壽命。

2環保型高性能瀝青混合料在公路長壽命路面中應用的性能評估

為了評估環保型高性能瀝青混合料在高速公路長壽面路面中的應用性能，本文通過開展室內馬歇爾等試驗，研究環保型高性能瀝青、SBS改性瀝青以及高速公路70^? 石油瀝青在 AC-25，AC-20 以及SMA-13集中類型混合料上性能的差異，實現對這些瀝青材料特性的精準對比。為了全面評估環保型高性能瀝青在環境保護方面的作用，還實施了室內試驗室氣體排放檢測，以科學驗證其在減少環境污染方面的效果。

2.1 原材料

在本次試驗中，SMA-13混合料選用玄武巖作為粗集料基石，并輔以石灰巖細集料；引入SBS環保型改性瀝青與傳統SBS改性瀝青。對于 AC-20 及AC-25這兩種混合料，統一采用石灰巖作為粗、細集料的雙重來源，瀝青則分別采用環保型 70^? 瀝青與常規 70^? 瀝青。此外，所有混合料中均融入了由石灰巖精細研磨而成的礦粉，其表面干燥無雜質，確保了混合料的純凈度。選用聚酯纖維作為增強材料，其獨特的絮狀形態為混合料增添了額外的韌性與穩定性。

本試驗中，所有采用的集料、填料及瀝青材料均嚴格遵循了既定的規范標準，確保了試驗的嚴謹性與可靠性。關于瀝青的詳細檢測結果如表1所示。

2.2 混合料級配

本試驗中，SMA-13、AC-20和AC-25混合料對應的礦料合成級配如表2所示。

2.3常規馬歇爾試驗

在本次試驗中，創新性地采用了馬歇爾擊實技術作為混合料成型的關鍵手段，旨在通過精確測量混合料的第一作者簡介：黃萬身（1991一），工程師，主要從事道路工程橋梁施工管理工作。

體積參數來直觀反映其壓實成效與密實程度，進而確定出最優的瀝青摻配比例。值得注意的是，盡管環保型瀝青通過先進的化學合成技術有效減少了氣體排放，但其核心物理與化學性能并未發生顯著變化，因此在對比試驗中，各類混合料的瀝青用量均保持了一致性。嚴格遵循瀝青混合料試驗的標準化流程，制備試驗樣本，并對其進行了全面的性能測試，包括但不限于穩定度、瀝青飽和度、空隙率以及流值等主要關鍵指標，具體的馬歇爾試驗結果如表3所示。

基于表3可知，各種類型瀝青混合料均滿足試驗條件與規定。當將這些環保型高性能瀝青混合料與傳統的普通瀝青混合料進行性能對比發現，在穩定度、流值、空隙率及飽和度等關鍵參數上均呈現出高度的相似性。這證明采用環保型高性能瀝青作為替代材料，不僅并未對混合料的馬歇爾性能指標造成不利影響，還保持了其原有的優良特性。

2.4高溫性能對比評估

采用車轍試驗衡量瀝青混合料的耐熱穩定性。采用輪碾工藝制備尺寸為 300mm×300mm×50mm 的專用車轍板試樣，設定溫度為 60^°C 并施加 10.7MPa 的恒定壓力，對試樣進行多次循環碾壓，以模擬實際路面在高溫重載下的使用情況。通過這一過程，能夠計算出在特定時間段內試樣的動穩定度值，從而全面評估瀝青混合料在高溫下的抗變形能力。

基于車轍試驗，對不同類型瀝青混合料制作的車轍板進行試驗，得到的數據如圖1所示。

基于圖1試驗數據可以發現：相較于傳統普通瀝青混合料，SMA-13、AC-20及AC-25這三個類型的環保型高性能瀝青混合料均展現出了更高的動穩定度值。值得注意的是，環保型高性能SMA-13的動穩定度提升幅度達到了31. 22% ，而AC-25的提升幅度為49. 25% ，遠超 AC-20 的26. 25% 提升率。這一系列數據表明，采用環保型高性能瀝青不僅符合環保要求，更能在顯著提升AC-25等類型混合料的抗車轍能力方面發揮重要作用。

2.5水穩定性能對比評估

水穩定性能是評估瀝青混合料耐久性能的一個關鍵指標。本次試驗中采用了兩種不同的方法來深入探究這一特性，即先進行為期48h的浸水馬歇爾試驗，隨后又轉至凍融劈裂試驗，以此全面分析并比較了各類型混合料在水環境作用下的穩定性。具體試驗結果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可知：無論是選用環保型高性能SBS改性瀝青還是 70^? 瀝青作為基材，所制備的環保型高性能瀝青混合料均在水穩定性上表現出色，其浸水殘留穩定度與凍融劈裂強度比均達到標準，且與傳統普通型瀝青混合料相比，差異并不顯著。

進一步分析顯示，在三種類型的混合料中，AC-20展現出了最為卓越的水穩定性能，但值得注意的是，環保型在此項指標上較普通型略有下滑。SMA-13環保型與普通型在浸水殘留穩定度上基本持平，但凍融劈裂強度比方面則出現了 5% 的小幅下降。至于AC-25，其環保型的浸水殘留穩定度相比普通型下降了 8% ，同時凍融劈裂強度比也下降了 9% 。

2.6 低溫抗裂性能對比評估

為了評估瀝青混合料在低溫環境下的抗裂韌性，本研究中采用了低溫彎曲試驗方法。在試驗中，通過測量混合料的彎曲破壞應變值，直觀地了解其在低溫條件下抵抗斷裂的能力。具體而言，彎曲破壞應變值的高低直接反映了混合料在受到外力作用時所能承受的變形范圍。當這一值越大時，意味著混合料在低溫環境下展現出了更大的變形容忍度，從而有效提升了其抗裂性能。

基于圖4可知：三種類型的環保型高性能瀝青混合料的抗裂表現均達標，展現了其在寒冷環境下的穩定性。值得注意的是，盡管SMA-13環保型高性能混合料的低溫彎曲破壞應變值略有下滑（幅度約為 6% ），但這并未影響其整體的合規性。相比之下， AC-20 與AC-25兩種環保型高性能瀝青混合料則展現出了更為出色的低溫抗裂能力，其應變值分別較普通型瀝青混合料提升了3% 與 12% ，這一增長凸顯了 70^? 環保型高性能瀝青在增強混合料低溫韌性方面的獨特優勢。

2.7氣體排放對比評估

本研究借助高精度的紫外-可見分光光度儀，在試驗室條件下對環保型高性能瀝青及普通型瀝青中的有害氣體排放進行了細致檢測，具體涵蓋了 H₂S_?SO₂ 以及NH的釋放量，具體試驗結果如表4所示。

由表4可知：相較于傳統瀝青，環保型高性能瀝青在減少有害氣體排放方面成效顯著，具體體現為 S0₂、H₂S 與NH的濃度顯著降低。在未經歷高溫儲存的條件下，該類瀝青相較于普通瀝青，其 H₂S 排放削減了 36.8% NH排放更是大幅度下降了 51.6% ，同時 SO₂ 排放也減少了21. 4% 。而將樣品置于高溫環境下儲存4周后，環保型高性能瀝青的優勢依舊明顯， SO₂ 排放降低了45. 9% .H₂S 排放減少了 41.2% . NH₃ 排放也有31. 1% 的下降。綜上所述，環保型高性能瀝青可有效降低 SO₂ 7 H₂S 及NH₃ 等刺激性氣體排放量。

3結語

在高速公路長壽路面中，環保型高性能瀝青混合料的有效應用，能夠改善路面的耐久性、使用性與環保性等性能，助力高等級公路項自建設。經由對環保型高性能瀝青混合料的性能進行評估，可得如下結論：

（1）瀝青試驗數據表明，環保型高性能瀝青在關鍵性能指標，如延度、軟化點以及針入度方面，均展現出了與傳統瀝青的高度一致性，緊貼規范標準。

（2馬歇爾試驗結果顯示，環保型高性能瀝青混合料在空隙率、流值以及穩定度等關鍵性能參數上，均與普通型瀝青混合料保持了高度的相似性，二者間的性能差異微乎其微。

（3）動穩定度測試的結果顯著表明，環保型高性能瀝青混合料在高溫條件下的穩定性展現出了明顯的優勢，較普通瀝青混合料有了顯著的提升，這充分驗證了其對于改善瀝青混合料抗車轍性能的重要作用。具體而言，AC-25環保型高性能瀝青混合料的表現尤為突出，達到49. 25% ，而SMA-13與 AC-20 兩種環保高性能瀝青混合料也分別實現了31. 22% 與26. 25% 的顯著提升。

（4）水穩定性試驗的深入探究揭示，環保型高性能瀝青混合料在經歷48h的浸水馬歇爾測試及凍融劈裂試驗后，其水穩定性依舊能夠完全符合設計規范的要求。具體來看，SMA-13與AC-20環保型高性能版本在浸水后的殘留穩定度上相較于普通型略有降低，且AC-25的環保型高性能版本也下降了 8% 。從凍融劈裂強度比來看，SMA-13、AC-20及 AC-25 的環保型高性能版本均呈現出不同程度的下降，具體降幅依次為 5%.2% 與 9% 。

（5）低溫彎曲試驗的評估結果顯示，所有環保型高性能瀝青的低溫彎曲應變值均穩定保持在規范限定的安全范圍內，充分證明了其低溫條件下的可靠性能。值得注意的是，盡管SMA-13環保型高性能版本相較于普通型出現了 6% 的應變值小幅回落，但 AC-20 與AC-25的環保型高性能版本卻分別實現了 3% 與 12% 的顯著增長，這一變化趨勢清晰地表明了環保型高性能瀝青混合料在低溫抗裂性能上的不俗表現，與傳統材料相比展現出了優越的適應性和穩定性。

（6）氣體排放測試的數據明確揭示了環保型高性能瀝青混合料在減少刺激性氣體排放方面的卓越成效。在未經歷高溫儲存的情況下，環保型能有效減少 SO₂ 排放達 21.4% ，NH降低了 51.6% ，HS排放也實現了36. 8% 的顯著削減。而當瀝青混合料經過4周的高溫儲存后，其環保型高性能版本的減排效果更為顯著， SO₂ 排放量降低了45. 9% ， NH₃ 與 H₂S 的排放量也分別減少了31.1% 與 41.2% 。 $＼textcircled { ＼circ }$

參考文獻

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