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摘要：由于車輛的超載、重載行為,以及全球氣候變暖導致的高溫天氣逐年增多,在雙重作用下路面結構往往會受到極為嚴重的破壞,導致車轍等病害的發(fā)生,不僅使路面養(yǎng)護維修的工作量和養(yǎng)護費用增加,而且降低了道路的舒適性。針對傳統(tǒng)瀝青路面結構中的石灰?guī)r石料、玄武巖石料和SUP20、SUP13、SMA133種瀝青混合料開展不同的路用性能試驗,得出結論:針對不同巖性和不同類型的瀝青混合料,摻加重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑均能大幅提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能,同時使其抗水損害性能及低溫抗裂性能略有改善,可為解決高溫和超重載交通影響下瀝青路面的車轍病害問題提供參考。

  瀝青路面在力學性能、耐久性以及行車舒適性等方面具有明顯的優(yōu)勢,且適合各種車輛通行,因此目前的公路建設工程多選用瀝青路面結構。同時,隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展,路網布局逐步完善,交通呈現高速化、重載化和渠化等特點,對瀝青路面的品質也提出了更高的需求。對各等級公路運行情況的調研結果表明,瀝青路面的病害以裂縫和車轍為主。近年來,隨著全球氣候變暖,多地夏季出現連續(xù)極端高溫天氣,在重載和連續(xù)高溫的雙重作用下,高速公路,國省道或城市道路的長上坡、長下坡路段,公交專用道和特重交通等路段瀝青路面的車轍病害非常嚴重。為解決高溫重載條件下瀝青路面的車轍病害問題,使其滿足高溫重載條件下的使用需求,已有許多在瀝青路面中采用改性瀝青或摻加抗車轍添加劑等相關技術的研究和工程應用,但從使用效果來看,這些手段只能減輕或延緩瀝青路面車轍等病害,未能徹底解決。所以,研究一種適用于高溫重載條件下的抗車轍瀝青混合料具有重要的現實意義。本文采用江蘇巨貿新材料科技發(fā)展有限公司提供的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑開展了不同巖性與不同級配類型的瀝青混合料路用性能對比試驗研究,評估其實際使用效果,以期為解決高溫重載條件下瀝青路面的車轍病害問題提供參考。

1重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑作用原理

  無車轍超級路面是指使用摻加重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料鋪裝的路面,重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑是一種采用環(huán)氧樹脂、石油樹脂及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等合成的樹脂改性熱固性高分子材料,通過與多種類型的環(huán)保型固化劑在高溫激發(fā)下發(fā)生交聯反應而形成具有三向網狀結構的高聚物,外觀呈顆粒狀、顏色呈灰綠色、密度為0．9~1．05g·cm^-3、熔融指數≥2．0g·(10min)^-1。重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑可在大幅提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的同時提高其抗水損害性能和低溫抗裂性能,最終實現瀝青混合料綜合性能的提高。重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑可直投于瀝青拌合樓拌缸中,通過提高瀝青黏度和增強集料摩阻力復合改性,實現瀝青混合料抗車轍性能的大幅度提高,達到普通SBS改性瀝青混合料的10倍以上,顯著減少路面車轍,使瀝青路面在使用周期內基本不發(fā)生1．0cm以上的車轍變形。

2瀝青混合料配合比設計

  為分析重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑對不同巖性及混合料級配類型的原材料的影響,本文選擇公路建設中常用的石灰?guī)r、玄武巖兩種巖性與SMA13、SUP13、SUP20；3種級配的瀝青混合料為研究對象,分別對傳統(tǒng)改性瀝青混合料與重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑的高溫穩(wěn)定性能、抗水損害性能及低溫抗裂性能進行對比研究。其中,SMA13及SUP13瀝青混合料所用的集料為玄武巖,SUP20瀝青混合料所用的集料為石灰?guī)r。瀝青、集料、礦粉等原材料檢測結果均滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40—2004)的相關要求,道路石油瀝青檢測結果如表1所示,不同類型瀝青混合料馬歇爾指標試驗結果如表2所示。

3性能試驗研究

  在高溫、潮濕、多雨的地區(qū),瀝青路面在重載條件下,較容易出現車轍、唧漿、松散及坑槽等病害。因此,瀝青路面在道路使用階段必須具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能、抗水損害性能和低溫抗裂性能,以保證道路在設計壽命周期內具有良好的使用性能。本文在傳統(tǒng)的原材料、配合比基礎上分別對改性瀝青混合料及摻加重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑的瀝青混合料進行抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能的試驗評價。

3．1抗水損害性能評價

  瀝青路面的水損害是指在瀝青路面施工完成以后的通車階段,環(huán)境中的水分和空氣通過瀝青路面的連通孔隙進入混合料內部,如果水分儲存在瀝青路面結構中不能及時排出,在行駛車輛輪胎表面形成的動水壓力與高溫條件的共同作用下,水分會滲入瀝青與集料的界面,削弱瀝青與集料的黏附性,最終使其與集料之間喪失黏結力,進而導致瀝青和礦料出現剝離現象,瀝青膜從礦料表面剝落,使瀝青路面整體穩(wěn)定性進一步下降。水損害問題如果不能得到及時處理,最終會導致唧漿、松散和坑槽等其他一系列病害。浸水馬歇爾試驗是行業(yè)內常用的評價瀝青混合料抗水損害性能、分析瀝青混合料水穩(wěn)定性的方法。本文分別對石灰?guī)rSUP20、玄武巖SUP13、玄武巖SMA133種瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗,檢驗傳統(tǒng)改性瀝青混合料及重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度,瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果如圖1所示。

圖1瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

  由圖1可知,SUP13、SUP20及SMA13；3種級配的瀝青混合料摻加重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑改性劑后,殘留穩(wěn)定度均有所提升,且滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40—2004)的要求。

3．2高溫穩(wěn)定性能評價

  大量研究表明,車轍試驗得出的動穩(wěn)定度指標與瀝青路面的實際車轍深度具有良好的相關性,因此,車轍試驗通常被用來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。本文以石灰?guī)rSUP20、玄武巖SUP13和玄武巖SMA133種瀝青混合料為研究對象,在60±1℃,0．7±0．05MPa條件下進行車轍試驗,以檢驗傳統(tǒng)改性瀝青混合料及重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能,以動穩(wěn)定度指標表征瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。瀝青混合料60℃車轍試驗結果如圖2所示。由圖2可知,3種級配類型的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的60℃動穩(wěn)定度基本在35000~40000次mm^-1,較傳統(tǒng)改性瀝青混合料有大幅度提升,其中,SUP13瀝青混合料的動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的7．68倍、SUP20瀝青混合料的動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的9．37倍、SMA13瀝青混合料的動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的6．04倍;不同巖性的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的動穩(wěn)定度值相當,表明瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標基本不受巖性的影響,進一步說明針對不同巖性及不同級配類型的混合料,重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑改性劑均能大幅提高其高溫穩(wěn)定性能。

圖2瀝青混合料60℃車轍試驗結果

  為評價重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料在高溫條件下的使用效果,參考南方極端連續(xù)高溫天氣條件下瀝青路面的實際溫度,在70±1℃、0．7±0．05MPa條件下分別對石灰?guī)rSUP20、玄武巖SUP13和玄武巖SMA133種瀝青混合料進行車轍試驗,以評價傳統(tǒng)改性瀝青混合料及重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能,瀝青混合料70℃車轍試驗結果如圖3所示。

圖3瀝青混合料70℃車轍試驗結果

  由圖3可知,3種級配類型的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料在70℃條件溫度下的動穩(wěn)定度可達到15000次·mm^-1以上,較傳統(tǒng)改性瀝青混合料有大幅度提升。其中,SUP20型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的70℃動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的10．97倍;SUP13型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的70℃動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的6．97倍;SMA13型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的70℃動穩(wěn)定度是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的7．71倍。

3．3低溫抗裂性能評價

  瀝青混合料的低溫抗裂性能與瀝青路面的裂縫發(fā)展情況具有很強的相關性,也是衡量瀝青混合料路用性能的重要指標。瀝青混合料的小梁彎曲蠕變試驗是一種研究瀝青混合料低溫抗裂性能的常用試驗方法。本文采用小梁彎曲蠕變試驗進行瀝青混合料的低溫抗裂性能評價,以石灰?guī)rSUP20、玄武巖SUP13、玄武巖SMA133種瀝青混合料為研究對象,在-10℃、速率50mm·min^-1的條件下進行試驗,評價傳統(tǒng)改性瀝青混合料及重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的低溫抗裂性能,瀝青混合料小梁彎曲蠕變試驗結果如圖4所示。

圖4瀝青混合料小梁彎曲蠕變試驗結果

  由圖4可知,3種級配類型的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料小梁彎曲破壞應變指標達到3500με左右,較傳統(tǒng)改性瀝青混合料略有提高。其中,SUP20型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料提高27．38%,SUP13型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料提高33．52%,SMA13型重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料提高30．26%;不同巖性的重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料破壞應變值相當,說明巖性對重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的低溫性能影響較小,進一步說明重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑改性劑對不同巖性、不同類型的混合料,均能改善其低溫抗裂性能。

4結論

  本文主要對重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料和傳統(tǒng)改性瀝青混合料在抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能方面進行比較。結果表明,針對不同巖性(集料)、不同混合料結構類型的瀝青混合料,重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑改性劑均能夠改善其路用性能,可用于解決傳統(tǒng)瀝青路面車轍病害問題,具體結論如下:(1)對于石灰?guī)r集料、玄武巖集料以及SUP型或SMA型瀝青混合料,摻加重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑改性劑均能夠大幅度提高其高溫穩(wěn)定性能,并使其抗水損害性能和低溫抗裂性能略有改善。(2)從車轍試驗結果可知,重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料在60℃條件下的動穩(wěn)定度在35000~40000次·mm^-1,是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的6倍以上;70℃條件下重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的動穩(wěn)定度超過15000次·mm^-1,是傳統(tǒng)改性瀝青混合料的5．5倍以上。(3)從浸水馬歇爾試驗和小梁彎曲蠕變試驗結果可知,重載交通超級無轍裂瀝青路面改性劑瀝青混合料的抗水損害性能和低溫抗裂性能較傳統(tǒng)改性瀝青混合料略有提高,殘留穩(wěn)定度較傳統(tǒng)改性瀝青混合料提高了5%以上,小梁彎曲破壞應變較傳統(tǒng)改性瀝青混合料提高了15%以上。