抗車轍瀝青路面性能研究

雷晨

摘要：文章在已有研究基礎上，對瀝青混合料摻入粒化聚合物時的路用性能進行研究，得出以下結論：對于瀝青混合料的高溫抗車轍性能而言，摻入粒化聚合物能夠使其得到明顯的改善;對于瀝青混合料的水穩定性以及低溫彎曲性而言，在摻入粒化聚合物之后，其改善效果并不明顯;在瀝青混合料中添加粒化聚合物之后，能夠使其抗疲勞性能有所改善，并且比改性瀝青具有更大的改善幅度。

關鍵詞：瀝青路面;粒化聚合物;瀝青混合料;路用性能

0 引言

隨著經濟的發展，交通量不斷上升，重載以及超載現象不斷出現。此外，隨著氣候不斷升高，公路使用條件不斷惡化，因此，急需改善瀝青路面的抗車轍能力，從而增強瀝青路面的使用性能。

1 粒化聚合物

粒化聚合物形狀為黑色固體顆粒，可保存在常溫下，是瀝青混合料中抗車轍的專用添加劑。在瀝青混合料制備時可通過在干拌集料時添加該種粒化聚合物以對其路用性能進行改善。

查閱資料發現，對于粒化聚合物的研究表明，其使用時并未要求瀝青種類，其對瀝青混合料具有相似的改善效果[1]，因此，文中對于粒化聚合物瀝青混合料將選取較為常用的瀝青進行試驗。

為對瀝青混合料中摻入粒化聚合物時所發生的改性機理進行研究，本文將從13種聚合物中選取1 #類型粒化聚合物進行相關研究，并對比未摻入粒化聚合物的瀝青。文中選取的瀝青混合料為國內較為常見的AC-16瀝青混合料，對于其配合比的設計如表1所示。當在瀝青混合料中添加粒化聚合物后，其油石比上升到了4.65%。

2 瀝青路面性能研究

2.1 高溫試驗

為對普通瀝青混合料中加入粒化聚合物時的高溫穩定性能進行研究，本文以規范要求進行試驗，合成礦料級配組合見表1，所得結果如圖1所示。

從圖1試驗結果可知，相比于未摻入粒化聚合物的瀝青混合料的高溫性能，摻入粒化聚合物之后有較大程度的改善。對于1 #粒化聚合物而言，當摻入瀝青混合料之后動穩定度約提高8倍，還減小了瀝青混合料的變形，并且相比于瀝青混合料中添加改性瀝青的樣本，其動穩定度也有較大提高[2-3]。瀝青混合料在加入粒化聚合物并進行碾壓之后的變形與使用改性瀝青的混合料的碾壓變形相近，但對于基質瀝青混合料的碾壓變形而言則相對較小。由此可知，對于瀝青混合料的高溫穩定性能而言，添加粒化聚合物的改善作用較為明顯。

分析粒化聚合物的改善原理可知，粒化聚合物的熔點相比于攪拌以及碾壓瀝青混合料時的溫度要小，因此在施工時粒化聚合物所處狀態為粘流態，具有較為良好的可塑性。粒化聚合物在外力作用下根據瀝青混合料中的孔隙變化成各種狀態，從而對瀝青顆粒起到良好的包裹作用。當周圍溫度降低時，粒化聚合物就在顆粒周圍形成高強度的粘結，增大了顆粒間的滑動阻力，使其高溫抗變形能力有所提高。此外，因粒化聚合物在較高溫度時仍然會處于彈性狀態，所以在外力的作用下，將會提高其高溫穩定性，以增強抗車轍能力。

2.2 水穩定性試驗

瀝青混合料主要是由一定比例下的瀝青以及碎石等混合而成的，瀝青混合料的水穩定性即其內部的粘附層中瀝青被水置換之后導致的瀝青剝落程度，水穩定性隨著剝落程度的增加而有所降低。對于瀝青混合料的水穩定性增強措施可采取以下兩種方法：（1）減少瀝青混合料內部被水滲透的程度，避免水分進入到瀝青和集料所形成的界面;（2）增強瀝青粘附集料的能力，使集料的粘聚力有所提高。為研究粒化聚合物對瀝青混合料水穩定性的改善效果，本文將按照相關規范對其進行試驗研究，所得結果如圖2所示。

從圖2試驗結果可知，相比于未摻入粒化聚合物的瀝青混合料而言，摻入粒化聚合物之后瀝青混合料的殘留穩定度以及凍融劈裂強度均有所提高，并且接近于改性瀝青的水穩定性。可見，對于瀝青混合料的水穩定性而言，摻入粒化聚合物能對其起到一定的改善作用。分析粒化聚合物的變形可知，粒化聚合物對瀝青混合料的改善作用主要有以下幾個方面：

（1）膠結力：比起瀝青材料的內聚力而言，粒化聚合物的較大，因此相對于一般的瀝青混合料，摻入了粒化聚合物的瀝青混合料內部油石界面具有更高的強度，因此比一般瀝青混合料具有更高的抗水壓力破壞能力。

（2）嵌擠填充作用：瀝青混合料中較大的孔隙會被粒化聚合物所填充，使其孔隙結構得到改善，降低了聯通孔洞的數量，避免了瀝青出現遷移現象，從而使其抗水損害能力有所提高。

（3）纖維網的約束力：粒化聚合物所形成的網狀結構能夠限制礦物顆粒的移動，使瀝青混合料的粘聚力有所提高，以使其抗動水沖擊能力有所增強，從而提高其抗車轍能力。

2.3 低溫彎曲試驗

一般認為，相對于瀝青混合料的破壞應力而言，其破壞應變較為敏感變溫速度，因此對于瀝青混合料的低溫抗裂性能一般選用最大彎拉應變進行評價[4]。瀝青混合料低溫彎曲試驗結果如圖3所示。

從圖3試驗結果可知，瀝青混合料中摻入了粒化聚合物時相對于改性瀝青而言其最大彎拉應變較小，僅有2 800的最大彎拉應變，但改性瀝青混合料具有2 956的最大彎拉應變，基質瀝青混合料具有2 136的最大彎拉應變。因此對于瀝青混合料的低溫抗裂性能而言，摻入粒化聚合物能使其有所提高。據試驗分析可知，瀝青混合料中裂紋膠結結合剪切屈服的作用是使其抗裂性能有所上升的關鍵所在。剪切屈服級荷載作用下粒化聚合物出現流動而導致應變能被消耗，使裂縫發展速度有所減慢，當粒化聚合物不能夠被裂縫穿越時，裂縫發展將會沿著其他方向進行，從而加長裂縫長度，以使其所需消耗的能量有所提高，進而使瀝青混合料的低溫抗裂性能有所提高。

2.4 疲勞試驗

在長期車輛荷載的作用下，瀝青路面將會處于交叉變化的應力應變狀態，從而導致路面結構強度有所降低，進而不斷積累變形[5]。當荷載作用次數大于某一范圍時，路面結構將會在荷載作用下產生超過結構抗力的應力，從而導致裂縫出現，最終出現疲勞開裂。對于路面結構而言，在荷載的長期作用下，其路面層將會因直接接觸車輪而受到壓力作用，在車輪以外的區域則受到拉力，兩部分區域受到不同的力作用，從而在兩部分受力的交界處出現破壞，即在此出現疲勞開裂現象。

為對瀝青混合料中添加粒化聚合物時其疲勞性能的變化情況進行研究，本文選取了普通瀝青混合料KLMY90 #在油石比最佳的時候進行摻入1 #粒化聚合物的疲勞彎曲試驗，所得結果如表2和圖4所示。

（1）彎拉強度對比

從表2可知，當瀝青混合料中摻入粒化聚合物時，相比于未摻入粒化聚合物的情況，其彎曲強度有顯著的提高。該種現象表明在瀝青混合料中摻入粒化聚合物能夠改善其疲勞性能。

（2）疲勞特性對比

從圖4可知，瀝青混合料中摻入粒化聚合物時的曲線截距比起未摻入粒化聚會物的曲線截距要大，并且其斜率也較大。這表明對于瀝青混合料而言，摻入粒化聚合物能使其抗疲勞性能有所提高。在同種瀝青混合料中，瀝青的用量以及性質是影響其疲勞性能的眾多因素之一。以粒化聚合物的添加來說，當其添加量上升時將會增加瀝青的用量，而瀝青用量的增加必然會使瀝青的飽和度有所上升，該種現象將會使瀝青混合料的疲勞壽命有所提高。而且對于瀝青混合料而言，粒化聚合物在變形之后將會對其產生“加筋作用”，在這兩種作用下，將會改善粒化聚合物的疲勞性能[6]。

3 結語

本文在已有研究基礎上，對瀝青混合料摻入粒化聚合物時的路用性能進行研究，主要得出以下結論：對于瀝青混合料的高溫抗車轍性能而言，摻入粒化聚合物能夠使其得到明顯的改善;對于瀝青混合料的水穩定性以及低溫彎曲性而言，在摻入粒化聚合物之后，其改善效果并不明顯;在瀝青混合料中添加粒化聚合物之后，能夠使其抗疲勞性能有所改善，并且比起改性瀝青具有更大的改善幅度。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

參考文獻：

[1]易 斌.瀝青混合料高溫穩定性評價方法研究[D].蘇州：蘇州科技大學，2019.

[2]趙 越.瀝青路面抗車轍性能提高策略研究[J].四川水泥，2019（5）：50.

[3]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.

[4]王志強.瀝青路面抗車轍性能的影響因素[J].黑龍江交通科技，2017，40（12）：32，34.

[5]何金環.瀝青路面抗車轍性能評價及結構優化分析[J].黑龍江科學，2017，8（20）：136-137.

[6]張 弘.瀝青路面抗車轍性能的影響因素分析[J].交通世界，2017（16）：44-45.