公路瀝青混合料低溫抗裂性能及施工工藝研究

四川省交通建設集團有限責任公司 四川成都 610000

摘 要：主要探究提高公路瀝青混合料低溫抗裂性能及施工工藝的有效方法。實地觀察、實驗室試驗和數值模擬分析了瀝青混合料在低溫環境下的性能變化規律，并研究了不同施工工藝對其性能的影響。結果顯示，合理控制施工溫度、優化壓實工藝和采用適量添加劑可以有效提高瀝青混合料的低溫抗裂性能，降低路面裂縫的發生率?；诖?，在公路建設中，應重視低溫環境下瀝青混合料的性能并采取相應的施工工藝措施，以提高路面的質量和使用壽命。

關鍵詞：低溫抗裂性能 彎曲試驗 施工工藝 SBR改性瀝青

中圖分類號：U414

Research on the Low-Temperature Crack Resistance and Construction Technology of Asphalt Mixtures for Highways

ZHANG Tao

Sichuan Transportation Construction Group Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province，610000 China

Abstract：This study mainly explores the effective method to improve the low-temperature crack resistance and construction technology of asphalt mixtures for highways. By the methods of field observation， laboratory tests and numerical simulation， this study analyzes thevariation law ofthe performance of theasphalt mixture in the low-temperature environment and studies the influence of different construction processes on its performance. The results show that the reasonable control of construction temperature， the optimization of compaction processes and the use of appropriate additives can effectively improve the low-temperature crack resistance of asphalt mixtures and reduce the incidence of pavement cracks. Based on this， during highway construction， we should pay attention to the performance of asphalt mixturesin the low temperature environment and take corresponding construction technology measures， so as to improve the quality and service life of the road surface.

Key Words： Low-temperature crack resistance;Bending test;Construction technology; SBR modified asphalt

公路瀝青混合料在低溫條件下易出現開裂現象，嚴重影響路面的使用壽命和安全性，因此，研究提高瀝青混合料的低溫抗裂性能及施工工藝對于公路建設具有重要意義。當前，對于該問題的研究還存在一些不足之處。首先，現有研究大多集中于瀝青混合料的材料性能，而對施工工藝的影響研究相對不足，導致在實際工程中缺乏可操作性的建議。其次，針對不同地區氣候和交通量的差異，現有研究結論并不具有普適性，需要更多地考慮實際應用環境下的因素。針對以上問題，本文旨在通過綜合考慮瀝青混合料材料性能和施工工藝對低溫抗裂性能的影響，以及不同氣候條件下的實際情況，系統研究公路瀝青混合料的低溫抗裂性能及施工工藝。

1 公路瀝青混合料低溫抗裂性能試驗

1.1 配合比設計

在設計SBR改性瀝青的配合比時，首先考慮到了某地冬季頻繁出現的低溫現象以及夏季雨水豐沛可能帶來的結構性破壞。因此，本文的研究重點在于如何提高瀝青混合料在低溫條件下的抗裂性能。為了評估其低溫抗裂性，本文選擇了小梁低溫彎曲試驗法。在進行試驗之前，使用馬歇爾穩定度試驗來確定礦料的最佳配比和最佳瀝青用量[1]。

本文所采用的結合料為SBR改性瀝青，因此需要計算瀝青混合料的最大理論相對密度。根據試驗結果得知，礦粉的表觀相對密度和毛體積相對密度均為2.726。結合配合比設計結果，計算出各粒級礦料在總量中的比例。隨后根據密度試驗結果得出礦料的合成毛體積密度為2.632 g/cm3，合成表觀相對密度為2.669 g/cm3，吸水率為0.5%。

在本文中，經過精心的設計與計算，AC-13瀝青混合料的級配組成被確定為碎石∶砂∶石屑∶礦粉=32∶15∶50∶3。同時，將最佳油石比定為4.9%。這樣的配比設計充分考慮了礦料的密度特性和瀝青的結合能力，旨在提升瀝青混合料的整體穩定性和耐久性。特別是在低溫條件下，通過提高抗裂性能，可以減少該地區冬季低溫引起的路面開裂問題。這一設計思路不僅體現了對材料性能的深入理解，也展現了對實際工程需求的精準把握。同時降低夏季雨水侵蝕導致的結構性破壞，從而延長路面的使用壽命，達到更好的使用效果。

1.2 低溫彎曲試驗

在研究公路瀝青混合料的低溫抗裂性能時，本研究采用了小梁低溫彎曲試驗作為評估材料在低溫條件下變形能力的關鍵方法。該試驗被廣泛認可，能夠有效模擬并反映瀝青混合料在低溫環境中抵抗開裂的能力，且與我國規范對瀝青混合料低溫性能評價的推薦方法相符合[2]。

遵循《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20—2011）的規定，本文制備了12個尺寸為250 mm×30 mm×35 mm的棱柱體小梁試件，以便進行后續的試驗。其中包括6個基質瀝青混合料試件和6個SBR改性瀝青混合料試件。所有試件均按照嚴格的標準化程序制作，以確保試驗結果的準確性和可重復性。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（T0715—1993）的規定，本研究在-10 ℃的試驗溫度和50 mm/min的加載速率下對試件進行了彎曲試驗。試驗結果表明（見表1）：SBR改性瀝青混合料在抗彎拉強度和破壞應變方面顯著優于基質瀝青混合料，表現出更優異的低溫性能。與常規的基質瀝青混合料相比，采用SBR改性技術制備的瀝青混合料具有更高的抗彎拉強度和更好的低溫性能。因此，在低溫條件下，SBR改性瀝青混合料能夠更好地抵抗外部應力的作用，從而降低路面發生裂縫的風險。

2 公路瀝青混合料低溫抗裂性能有限元分析

2.1 路面板網格劃分

根據北方某地的實際情況及以往的研究，選擇了沿行車道方向1 m、寬度為5 m、厚度為0.04 m的路面板作為建模尺寸。在ABAQUS的Property模塊中輸入了兩種彈塑性材料的彈性和塑性數據，以及溫縮系數。其中基質瀝青混合料的彈性模量設為1 500 MPa，SBR改性瀝青混合料的彈性模量設為2 000 MPa，兩者的泊松比均為0.25[3]。

在Mesh模塊中，由于路面板已被定義為非獨立實體，因此網格劃分是針對部件執行的，所以非獨立實體作為部件的引用，網格劃分應該施加在部件上?？紤]到路面板是規則的三維體結構采用了結構化網格技術，并選擇了六面體單元形狀以提高分析精度。選用了C3D8I單元類型，即8節點六面體線性非協調模式單元，它在單元角點設置節點并在每個方向使用線性插值。最終，兩個模型均被劃分為4 000個單元，網格大小為50 mm×50 mm×20 mm，以確保模擬的精確性。完成網格劃分后的部件如圖1所示[4]。

2.2 模型運算結果的分析

在溫度從-10 ℃降至-30 ℃的過程中，當SBR改性瀝青混合料路面板底面受到完全約束時，應力云紋圖（見圖2）揭示了最大主應力集中在行車方向的兩端面，達到了1.655 MPa。與此相比，附近區域的最大主應力略低，而其余部位的最大主應力則顯著減小。因此，在完全約束的條件下，SBR改性瀝青混合料具有更好的低溫抗裂性。此外，無論是底面完全約束還是不受約束的情況，SBR改性瀝青混合料路面板在降溫過程中的破壞最大彎拉應變與基質瀝青混合料相同。但在完全約束的情況下，SBR改性瀝青混合料的抗裂性表現更佳[5]。

在同一位置節點上，底面不受約束的情況下，SBR改性瀝青混合料路面板的最大主應力和主應變均低于基質瀝青混合料，并且其破壞時的抗彎拉強度更大。因此，在溫度從-10 ℃降至-30 ℃的過程中，無論底面是否受約束，SBR改性瀝青混合料路面板都表現出比基質瀝青混合料更優越的低溫抗裂性能。

3 瀝青混凝土施工

在鋪筑瀝青層前，必須確?；鶎踊蛳聦訛r青的質量達到標準，若有不符合要求的情況，則不得進行面層的鋪設。對于已經被污染的舊路面或下臥層，應采取適當的清洗或銑刨處理，以確保施工表面干凈、整潔，從而保證瀝青混合料與路基的良好黏結[6]。

在瀝青混合料的攤鋪地點，應檢查運料單以確認混合料的身份，同時檢查混合料是否符合施工溫度要求，以及是否出現結塊或受雨淋的情況。若存在這些問題，則不得進行鋪筑作業。在氣溫較低或等待時間過長的情況下，應采取措施保持瀝青混合料的溫度，以防影響后續的攤鋪和壓實工作。特別是上層瀝青混合料的殘余孔隙率需控制在7%以下，以保證良好的壓實效果[7]。

4 結論

在公路瀝青混合料低溫抗裂性能及施工工藝的研究中，深入探討了瀝青混凝土施工的關鍵環節和技術要求及其對路面質量和使用壽命的影響。通過確?；鶎淤|量、施工溫度的控制和合理的壓實工藝，可以有效提高瀝青混合料的低溫抗裂性能，延長路面的使用壽命，降低維護成本。

參考文獻

[1]譚仕維.再生瀝青混合料低溫抗裂性能研究[J].西部交通科技，2023（10）：75-77，169.

[2]王婧，陳莉，趙緒峰，等.再生粗骨料瀝青混合料路用性能試驗研究[J].合成材料老化與應用，2023，52（5）：66-69.

[3]喬明鑫，楊三強.寒冷地區瀝青路面材料低溫抗裂性能研究[J].甘肅科學學報，2023，35（4）：56-60，72.

[4]金愛華.再生瀝青混合料低溫抗裂性能的多指標評價[D].淮南：安徽理工大學，2021.

[5]陳飛，張林艷，封基良，等.瀝青混合料低溫抗裂性能試驗方法研究進展[J].材料導報，2021，35（S2）：127-137.

[6]林震寰.瀝青混合料低溫抗裂性能數值模擬研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2021.

[7]王寶.瀝青路面就地熱再生技術在公路施工中的應用[J].中國公路，2020（12）：98-99.