抗车辙沥青路面性能研究

雷晨

摘要：文章在已有研究基础上，对沥青混合料掺入粒化聚合物时的路用性能进行研究，得出以下结论：对于沥青混合料的高温抗车辙性能而言，掺入粒化聚合物能够使其得到明显的改善;对于沥青混合料的水稳定性以及低温弯曲性而言，在掺入粒化聚合物之后，其改善效果并不明显;在沥青混合料中添加粒化聚合物之后，能够使其抗疲劳性能有所改善，并且比改性沥青具有更大的改善幅度。

关键词：沥青路面;粒化聚合物;沥青混合料;路用性能

0 引言

随着经济的发展，交通量不断上升，重载以及超载现象不断出现。此外，随着气候不断升高，公路使用条件不断恶化，因此，急需改善沥青路面的抗车辙能力，从而增强沥青路面的使用性能。

1 粒化聚合物

粒化聚合物形状为黑色固体颗粒，可保存在常温下，是沥青混合料中抗车辙的专用添加剂。在沥青混合料制备时可通过在干拌集料时添加该种粒化聚合物以对其路用性能进行改善。

查阅资料发现，对于粒化聚合物的研究表明，其使用时并未要求沥青种类，其对沥青混合料具有相似的改善效果[1]，因此，文中对于粒化聚合物沥青混合料将选取较为常用的沥青进行试验。

为对沥青混合料中掺入粒化聚合物时所发生的改性机理进行研究，本文将从13种聚合物中选取1 #类型粒化聚合物进行相关研究，并对比未掺入粒化聚合物的沥青。文中选取的沥青混合料为国内较为常见的AC-16沥青混合料，对于其配合比的设计如表1所示。当在沥青混合料中添加粒化聚合物后，其油石比上升到了4.65%。

2 沥青路面性能研究

2.1 高温试验

为对普通沥青混合料中加入粒化聚合物时的高温稳定性能进行研究，本文以规范要求进行试验，合成矿料级配组合见表1，所得结果如图1所示。

从图1试验结果可知，相比于未掺入粒化聚合物的沥青混合料的高温性能，掺入粒化聚合物之后有较大程度的改善。对于1 #粒化聚合物而言，当掺入沥青混合料之后动稳定度约提高8倍，还减小了沥青混合料的变形，并且相比于沥青混合料中添加改性沥青的样本，其动稳定度也有较大提高[2-3]。沥青混合料在加入粒化聚合物并进行碾压之后的变形与使用改性沥青的混合料的碾压变形相近，但对于基质沥青混合料的碾压变形而言则相对较小。由此可知，对于沥青混合料的高温稳定性能而言，添加粒化聚合物的改善作用较为明显。

分析粒化聚合物的改善原理可知，粒化聚合物的熔点相比于搅拌以及碾压沥青混合料时的温度要小，因此在施工时粒化聚合物所处状态为粘流态，具有较为良好的可塑性。粒化聚合物在外力作用下根据沥青混合料中的孔隙变化成各种状态，从而对沥青颗粒起到良好的包裹作用。当周围温度降低时，粒化聚合物就在颗粒周围形成高强度的粘结，增大了颗粒间的滑动阻力，使其高温抗变形能力有所提高。此外，因粒化聚合物在较高温度时仍然会处于弹性状态，所以在外力的作用下，将会提高其高温稳定性，以增强抗车辙能力。

2.2 水稳定性试验

沥青混合料主要是由一定比例下的沥青以及碎石等混合而成的，沥青混合料的水稳定性即其内部的粘附层中沥青被水置换之后导致的沥青剥落程度，水稳定性随着剥落程度的增加而有所降低。对于沥青混合料的水稳定性增强措施可采取以下两种方法：（1）减少沥青混合料内部被水渗透的程度，避免水分进入到沥青和集料所形成的界面;（2）增强沥青粘附集料的能力，使集料的粘聚力有所提高。为研究粒化聚合物对沥青混合料水稳定性的改善效果，本文將按照相关规范对其进行试验研究，所得结果如图2所示。

从图2试验结果可知，相比于未掺入粒化聚合物的沥青混合料而言，掺入粒化聚合物之后沥青混合料的残留稳定度以及冻融劈裂强度均有所提高，并且接近于改性沥青的水稳定性。可见，对于沥青混合料的水稳定性而言，掺入粒化聚合物能对其起到一定的改善作用。分析粒化聚合物的变形可知，粒化聚合物对沥青混合料的改善作用主要有以下几个方面：

（1）胶结力：比起沥青材料的内聚力而言，粒化聚合物的较大，因此相对于一般的沥青混合料，掺入了粒化聚合物的沥青混合料内部油石界面具有更高的强度，因此比一般沥青混合料具有更高的抗水压力破坏能力。

（2）嵌挤填充作用：沥青混合料中较大的孔隙会被粒化聚合物所填充，使其孔隙结构得到改善，降低了联通孔洞的数量，避免了沥青出现迁移现象，从而使其抗水损害能力有所提高。

（3）纤维网的约束力：粒化聚合物所形成的网状结构能够限制矿物颗粒的移动，使沥青混合料的粘聚力有所提高，以使其抗动水冲击能力有所增强，从而提高其抗车辙能力。

2.3 低温弯曲试验

一般认为，相对于沥青混合料的破坏应力而言，其破坏应变较为敏感变温速度，因此对于沥青混合料的低温抗裂性能一般选用最大弯拉应变进行评价[4]。沥青混合料低温弯曲试验结果如图3所示。

从图3试验结果可知，沥青混合料中掺入了粒化聚合物时相对于改性沥青而言其最大弯拉应变较小，仅有2 800的最大弯拉应变，但改性沥青混合料具有2 956的最大弯拉应变，基质沥青混合料具有2 136的最大弯拉应变。因此对于沥青混合料的低温抗裂性能而言，掺入粒化聚合物能使其有所提高。据试验分析可知，沥青混合料中裂纹胶结结合剪切屈服的作用是使其抗裂性能有所上升的关键所在。剪切屈服级荷载作用下粒化聚合物出现流动而导致应变能被消耗，使裂缝发展速度有所减慢，当粒化聚合物不能够被裂缝穿越时，裂缝发展将会沿着其他方向进行，从而加长裂缝长度，以使其所需消耗的能量有所提高，进而使沥青混合料的低温抗裂性能有所提高。

2.4 疲劳试验

在长期车辆荷载的作用下，沥青路面将会处于交叉变化的应力应变状态，从而导致路面结构强度有所降低，进而不断积累变形[5]。当荷载作用次数大于某一范围时，路面结构将会在荷载作用下产生超过结构抗力的应力，从而导致裂缝出现，最终出现疲劳开裂。对于路面结构而言，在荷载的长期作用下，其路面层将会因直接接触车轮而受到压力作用，在车轮以外的区域则受到拉力，两部分区域受到不同的力作用，从而在两部分受力的交界处出现破坏，即在此出现疲劳开裂现象。

为对沥青混合料中添加粒化聚合物时其疲劳性能的变化情况进行研究，本文选取了普通沥青混合料KLMY90 #在油石比最佳的时候进行掺入1 #粒化聚合物的疲劳弯曲试验，所得结果如表2和图4所示。

（1）弯拉强度对比

从表2可知，当沥青混合料中掺入粒化聚合物时，相比于未掺入粒化聚合物的情况，其弯曲强度有显著的提高。该种现象表明在沥青混合料中掺入粒化聚合物能够改善其疲劳性能。

（2）疲劳特性对比

从图4可知，沥青混合料中掺入粒化聚合物时的曲线截距比起未掺入粒化聚会物的曲线截距要大，并且其斜率也较大。这表明对于沥青混合料而言，掺入粒化聚合物能使其抗疲劳性能有所提高。在同种沥青混合料中，沥青的用量以及性质是影响其疲劳性能的众多因素之一。以粒化聚合物的添加来说，当其添加量上升时将会增加沥青的用量，而沥青用量的增加必然会使沥青的饱和度有所上升，该种现象将会使沥青混合料的疲劳寿命有所提高。而且对于沥青混合料而言，粒化聚合物在变形之后将会对其产生“加筋作用”，在这两种作用下，将会改善粒化聚合物的疲劳性能[6]。

3 结语

本文在已有研究基础上，对沥青混合料掺入粒化聚合物时的路用性能进行研究，主要得出以下结论：对于沥青混合料的高温抗车辙性能而言，掺入粒化聚合物能够使其得到明显的改善;对于沥青混合料的水稳定性以及低溫弯曲性而言，在掺入粒化聚合物之后，其改善效果并不明显;在沥青混合料中添加粒化聚合物之后，能够使其抗疲劳性能有所改善，并且比起改性沥青具有更大的改善幅度。[KG-1mm][XCW.TIF，JZ]

参考文献：

[1]易 斌.沥青混合料高温稳定性评价方法研究[D].苏州：苏州科技大学，2019.

[2]赵 越.沥青路面抗车辙性能提高策略研究[J].四川水泥，2019（5）：50.

[3]田锦鹏.沥青路面抗车辙性能提高对策探析[J].山西建筑，2019，45（10）：140，258.

[4]王志强.沥青路面抗车辙性能的影响因素[J].黑龙江交通科技，2017，40（12）：32，34.

[5]何金环.沥青路面抗车辙性能评价及结构优化分析[J].黑龙江科学，2017，8（20）：136-137.

[6]张 弘.沥青路面抗车辙性能的影响因素分析[J].交通世界，2017（16）：44-45.