天然巖瀝青改性瀝青路面抗車轍性能分析

金雄

（云南省交通職業技術學院資產管理公司，昆明 650501）

1 引言

隨著我國城市化的快速發展，大量人口的轉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，如果這些問題長期得不到有效的處理，將會加劇瀝青路面的車轍和老化問題。根據相關研究，提高瀝青混合料的模量能夠有效應對車轍難題，使得瀝青路面具有良好的經濟與社會效益。

2 天然巖瀝青復合改性瀝青性能評價

2.1 常規指標

根據公路工程領域的瀝青與瀝青混合料應用相關標準，施工企業在參與項目建設的過程中，必須嚴格開展相應的檢測，根據相應的檢測結果，天然巖瀝青復合改性瀝青的軟化點要遠遠高于常規的改性瀝青【1】。這也從側面驗證了天然巖瀝青改性瀝青的使用可以改變瀝青混合料的高溫性能。

2.2 性能分級

根據瀝青膠結料的性能分級規范，在實際的施工過程中，施工企業必須要對天然巖瀝青復合改性瀝青開展PG 分級試驗，最終根據分級試驗的最終結果，來實現對該材料的有效應用，使得各分級試驗結果可以作為瀝青路面抗車轍性能改進的重要依據。

3 天然巖瀝青改性劑作用機理

3.1 改性瀝青機理

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程來看，天然巖瀝青為瀝青基屬，從其構成來看，其中包含了多種有機鏈，比如，羧基、羰基、醛、萘等。這些有機鏈的存在可以有效使得石油瀝青中的活性基團交聯聚合起來，當在常規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狀結構必將發生改變，也就使得瀝青的內聚力與抗拉斷力大大提升，其中，最為突出的表現就是改性瀝青的組分比例較之原來存在著明顯的不同，在此情況下，瀝青性能也必將有所變化【2】。

3.2 界面改性機理

天然巖瀝青在實際的施工應用過程中同樣存在著界面改性機理。具體來說，當將天然巖瀝青與熱骨料干拌時，部分外摻劑會在此過程中逐步融化和變軟，進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，在攪拌過程中瀝青膜會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發生相互的滲透作用。這種滲透作用使得瀝青膜局部得以增強，構成了強大的界面力，這在一定程度上能夠避免石料在強大的外力作用下在界面之間的移動。

3.3 變形恢復作用

天然巖瀝青改性劑中存在部分的彈性成分，當在施工過程中處于高溫環境時，這些彈性成分的存在會使得瀝青材料具有一定的變形恢復功能。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化，即使在較大的車輛車載作用下，瀝青混合土的應變也相對較小，對瀝青混凝土的不可恢復殘余變形起到了重要的控制作用，對于延緩車轍出現具有重要的意義，瀝青路面的使用年限也會有所延長【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用可以提升路面的抗車轍性能，在當前的公路工程項目中，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料，摻量為8%，此路面結構A 和B 分別為巖瀝青改性瀝青路段、普通路段，將這些路面結構開展二維有限元分析，分析在同樣的溫度、軸載作用條件下，巖瀝青改性劑對抗車轍性能的直接影響。

4.1 軸載作用次數的影響

在公路工程項目中，交通通行量對瀝青路面的車轍病害有著直接的影響。根據相關研究，車轍變形與累計當量軸次之間為正相關關系，二者同向變化。以40℃改性瀝青與基質瀝青混合料的材料參數作為研究對象，當處于標準軸載作用時，其路面結構車軸變形的變化如圖1 所示。

圖1 軸載作用次數的影響

如圖1 所示，在軸載次數逐步增加的過程中，路面結構A 和B 的車轍深度都隨之呈現出明顯的增大趨勢。從其增大趨勢的分布圖來看，在軸載次數在104之前，其車轍深度的增速非常緩慢，而在后續軸載系數達到106以后，車轍深度增速非常快，這主要是路面結構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遠遠小于常規路面的車轍深度。

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，在炎熱的夏季，瀝青混合料材料的特殊性質使得在此類路面周邊會形成強大的溫度場，而此溫度場在形成以后，可以使得瀝青路面在很長的一段時間內可以維持在高溫條件下，當瀝青路面受到極大的外部荷載作用力下，極易引起嚴重的車轍變形現象【4】。當累計軸載作用為106時，溫度處于變化狀態下時，路面結構A 和B 的車轍深度如圖2 所示。

在溫度逐步升高的過程中，瀝青路面也會隨著溫度的增加而出現越來越明顯的永久變形現象。當溫度超過40℃時，瀝青路面永久變形量的增速明顯，對比15～40℃、40～60℃這2 個溫度區間的車轍變化，40～60℃車轍現象更為突出，這也從側面證明了在溫度逐步升高的過程中，瀝青材料本身的抗變形能力也大大降低，因此，在此溫度區間中的車轍深度相對較大。此外，在同樣的溫度與荷載作用下，路面結構A 中使用的是巖瀝青改性瀝青材料，有效實現了路面抗車轍性能的優化。

圖2 溫度的影響

5 結語

瀝青路面在公路工程中非常常見，在實際的工程建設施工過程中，車轍病害對路面影響是非常大的，如果要改變瀝青路面的抗車轍性能，工程企業就需要在施工建設的過程中，加強對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。