高速公路車轍處理中高模量瀝青混凝土的應用

李志偉

(中交一公局集團海外分公司，北京 100000)

1 工程概況

吉布提塔朱拉港口連接線項目處于塔朱拉市，主要承擔塔朱拉港口貨物運輸和人員流通的功能，是塔朱拉11號國道通向塔朱拉港口的關鍵道路。該連接線設計路面結構的總厚度為44 cm，細分組成有：4 cm瀝青混凝土磨耗層+6 cm高模量瀝青混凝土中間層+14 cm高模量瀝青穩定碎石基層+20 cm粒料底基層。

2 高模量瀝青膠結料的概述及性能優化途徑

2.1 概況

高模量瀝青膠結料對溫度較為敏感，高溫環境中具有較明顯的流體特性，低溫環境中有顯著的彈性體特性，因此需要提高材料對溫度的適應能力，避免高溫車轍以及低溫開裂問題。實踐表明，高模量瀝青膠結料具有可行性，其在解決車轍問題方面的應用效果較佳，將其應用于瀝青混合料中，可以顯著改善混合料的綜合性能，為瀝青路面質量的提升提供更多的可能。

2.2 高模量瀝青膠結料的性能優化途徑

(1)采用低標號的瀝青，針入度需在25以內。

(2)摻入適量的外加劑，較為可行的有膠粉以及聚乙烯等，其在提高混合料綜合性能方面具有突出的優勢。

(3)摻入適量的天然瀝青巖或湖瀝青，其應用特點在于可以提高混合料對高溫的適應性水平，即具有較突出的高溫性能，有效規避高溫對瀝青路面所造成的不良影響。

3 高模量瀝青混合料的配合比設計

3.1 礦料級配

調查結果顯示，車轍病害的高發區域為路面的中間層，選取的是AC-20的礦料級配，通過此方法提高路面的高溫抗車轍能力，使其適應高溫環境。

3.2 馬歇爾參數

高模量瀝青混合料對拌和工藝提出較高的要求，需要具有較高的拌和溫度，按照常規的方法拌和，時間不足而影響材料混合的均勻性。對此，需要兼顧拌和溫度和時間兩方面要求，適當提高拌和溫度并延長拌和時間。經馬歇爾試驗后，確定關鍵的控制指標，例如穩定度、流值等，在此基礎上進一步得到合適的油石比以及級配組合，為高模量瀝青混合料的制備提供參考依據。

4 高模量瀝青混合料的性能分析

4.1 高溫穩定性

高溫環境中，若瀝青混合料的適應能力不足，則容易由于高溫環境而產生病害，此類病害的類型較多，其中以車轍病害較為典型。在針對瀝青混合料的高溫穩定性分析中，可行的方法有車轍試驗、加速加載試驗等，相比之下以60 ℃環境下的車轍試驗應用更為廣泛。

(1)車轍試驗分析

動穩定度是車轍試驗中的重點考慮指標，其反映的是車轍病害達到相對穩定狀態的斜率，能夠有效地用于呈現車轍的發展情況。為更加準確地分析，業內人士提出綜合穩定指數，其涵蓋了初期的壓密和固結蠕變兩個關鍵的方面，能夠提供更具價值的參考內容，以提高車轍試驗結果的準確性。

(2)車轍試驗方法

車轍試驗得以順利開展的必要前提在于制作車轍試件，將其轉至60 ℃的環境中予以養護；待時間滿足要求后，利用0.7 mp(輪壓)的實心輪運行；經1 h的操作后，系統根據期間測定的數據展開計算，以自動化的方式得到動穩定度(ds，次/mm)，關于具體的計算方法，如下

ds=(t1-t2)×n/(d2-d1)

式中：d1-t1時的變形量(mm)；d2-t2時的變形量(mm)；碾壓速度，取42次/min。

經試驗后，匯總結果，具體內容如表1所示。

表1 動穩定度試驗結果

結合表1內容展開分析，可以發現高模量瀝青混合料在高溫抗車轍性能方面具有較好的表現，在溫度相對較高的環境具有適用性，有利于降低高溫環境中車轍病害的發生概率。

4.2 低溫抗裂性

低溫環境主要發生在冬季，此時瀝青路面易形成低溫應力，若材料的低溫抗裂性能不足，則容易出現低溫開裂的情況，由此產生滲漏水通道，遇降雨天氣時，雨水經由開裂部位向下滲透，逐步進入路面內部結構中，隨時間的延長而造成更為嚴重的水損壞，此時路面的整體強度有下降的變化趨勢，難以滿足車輛通行要求。因此，除了前述所提的高溫性能外，低溫環境中的抗裂性能也是重點考慮因素。換言之，高模量瀝青混合料需同時滿足高溫和低溫兩種極端條件下的穩定性要求，否則均容易影響路面結構的整體質量。

(1)小梁低溫試驗方法

按規范制作車轍試件，啟用切割機，對該部分予以切割處理，由此形成尺寸為250 mm×30 mm×200 mm的小梁試件，將該部分轉移至-10 ℃的低溫環境中養護。經試驗后，測定抗彎拉強度和破壞彎拉應變，同時需考慮到彎曲勁度模量(破壞狀態下)和彎曲應變能(臨界狀態下)，通過對多項指標的綜合考慮，對混合料的低溫抗裂性能做出客觀的評價。關于具體的試驗內容，如表2所示。

表2 低溫試驗結果

結合表2內容展開分析，可以發現高模量瀝青混合料在低溫性能方面具有較好的表現，在溫度相對較低的環境具有適用性，有利于降低低溫環境中開裂病害的發生概率。

4.3 水穩定性

高速公路瀝青路面使用過程中，若遇到持續性的降雨或降雪天氣，聚集在路表的水體將逐步增多，并有部分水分停留在路面內部，加之行車荷載的持續作用，水的運動更為劇烈(在內部空隙中發生往復的運動)。在此條件下，若瀝青與集料間缺乏足夠的粘附性，容易破壞瀝青膜的穩定性，使其從集料表面沖刷下來，逐步發展為坑槽，而坑槽的出現還將加劇水損害，帶來一系列的不良影響。因此，在高模量瀝青混合料的設計工作中，需要充分考慮到水穩定性的要求。現階段，應用較為廣泛的當屬凍融劈裂試驗，所得結果在判斷瀝青混合料的水穩定性方面具有突出的應用優勢。

凍融劈裂試驗方法。劈裂強度比tsr是關鍵的評定指標，其在反映混合料水穩定性方面具有重要的參考價值。隨著tsr值的增加，水穩定性隨之增強。試驗中依然需制備馬歇爾試件，將其分為兩組，按如下流程依次操作。

①制得試件后擊實，要求擊實次數為雙面50次。

②將試件分為兩類，其中二組做凍融循環試驗，另外一組用于對比分析。

③試件分組后，均對其做真空飽水處理。

④選取試件，將其置入塑料袋內(向其中加入10 ml的水)，再快速將其轉至低溫箱，箱內溫度維持在-18 ℃。

⑤予以16 h的冷凍處理，將試件取出，再轉至恒溫水槽內(全程溫度穩定在60 ℃)，持續24 h。

⑥此后，將試件轉至25 ℃的水中，時間需達到2 h或適當延長，此后再取出經過前述一系列處理后的試件，由此組織劈裂試驗。

關于具體的試驗結果，如表3所示。

表3 tsr試驗結果

根據表3內容展開分析，可以發現高模量瀝青混合料的水穩定性良好。

4.4 疲勞性能

高速公路瀝青路面使用階段需承受大量車輛荷載的作用，路面受力條件出現變化，加之外部降雨、日曬等多重因素的影響，易導致道路的強度有所降低。久而久之，瀝青路面難以有效承擔車輛荷載，路面的疲勞破壞程度加劇，相繼出現網狀裂紋，嚴重破壞路面的完整性，其承受能力也將大打折扣。若要有效緩解該問題，則需要充分關注瀝青混合料的疲勞性能，以合理的方式提高其性能。現階段，疲勞試驗的方法較多，主要可歸為如下四類：

(1)標準軸重的汽車，安排其在指定的試驗路段上運行，此過程中持續采集路面的數據，根據數據展開分析與判斷，明確瀝青混合料的疲勞性能。(2)加速加載試驗。(3)試板試驗法。(4)小型疲勞試驗。

相比之下，小型疲勞試驗方法的應用更為廣泛，其中又以四點或三點梁疲勞試驗較為主流。在此類試驗方法的應用過程中，配套了相應的高精度儀器，能夠以較快的速度完成試驗工作，且結果具有準確性，是一種可行性較高的試驗方法。

5 結 語

綜上所述，高模量瀝青混合料在現階段的高速公路路面施工中取得廣泛的應用，是較為典型的材料，其在高溫、低溫環境中均可以維持相對穩定的使用狀態，也具備良好的水穩定性，因此綜合應用效果較佳。在工程實踐中，有必要組織有關于高模量瀝青混凝土的試驗工作，用于判斷材料的實際性能特點，以合理的方式應用，充分發揮出此類材料的應用優勢。