高模量沥青混合料在公路工程中的应用

杨勇

摘 要：本文通过对高模量沥青混合料的特点和使用范围进行简单的阐述，分析了配合比设计，希望可以为公路工程施工提供理论方面的帮助。

关键词：公路工程;高模量沥青混合料;配合比设计

1 高模量沥青混合料在公路工程中的应用背景

我国在高等级公路施工建设中，超过70%的公路都采用沥青混合料作为路面摊铺材料，这是因为沥青混合料具有粘结力大、强度高、稳定性好等优秀的路面材料特点，极大的提高了公路通行的质量。可是随着人们生活水平的提高，出行基本都会选择乘坐交通工具，这导致我国的交通量急剧增加，并且由于对公路维护工程不够重视，各地都在搞建设，超载和重载的情况频繁发生，再加上我国幅员辽阔，某些地区的气候十分恶劣，导致公路过早就出现裂隙、坑槽等严重损害公路质量的病害，公路的路面性能急剧下降，影响了人们的安全出行，公路使用寿命减少。沥青混合料是十分常见的粘性材料，它的性能严重受到温度等外界性能的影响，在高温度情况下十分容易发生形变，并且形变后不可逆转，在低温环境中，容易发生开裂和沉降。

为了进一步的提高公路路面的质量，解决上述的问题，人们进行了大量的研究，针对性的采取了各种措施，常见的措施有改善沥青混合料中的矿料级配，使用质量更佳的粗细集料，可是取得的效果并不理想，付出和收入不成正比。因此在科学技术进一步发展的社会背景下，人们将目光投向了研究新型路面材料的方向，公路工程领域的众多专家学者纷纷开始研究，不断的提出新的材料，由此高模量沥青混合料应运而生，成为了高等级公路工程建设的常用材料。高模量沥青混合料作为新型的路面材料，相较于一般的沥青混合料，它具有耐疲劳、抗低温开裂、高模量等更为优秀的路面材料特点，极大的提高了路面的抗车撤能力。

2 高模量沥青混合料的结构特点和适用范围

2.1 结构特点

通过对改性沥青的使用，极大了提高了沥青混合料的模量，路面的车辆荷载得到有效增加，在高温环境下，稳定性更好，不容易发生不可逆转的形变，在低温情况下，具有力了强抗裂性能，有效的增加了路面的使用寿命，降低了路面维护施工的难度，节约了维护成本。同时因为它强大的抗疲劳性和高荷载能力，可以在路面设计时，在保证路面强度的前提下，合理的降低路面的厚度。高模量沥青混合料的模量还要高于改性沥青，在15℃、10 Hz的实验环境中，动态模量超过了14 000 MPa。使用高模量沥青混合料作为路面摊铺的材料，沥青混合料的拌和、摊铺和碾压施工环节中，温度要求都比一般的沥青混合料要高，在拌和过程中，还需要加入外渗剂，防止沥青混合料出现外渗的情况，所以在进行配合比设计时，需要考虑到添加外渗剂后对配合比的影响。

2.2 适用范围

高模量沥青混合料的性能十分的优越，可以用于各个等级的公路施工建设当中，作为各面层主要材料，考虑到公路工程的建设成本，高模量沥青混合料最适合用于各种特殊環境的公路建设当中，下面总结几类常使用高模量沥青混合料的场景。（1）高轮压荷载道路。这类公路的通行的基本上属于大型车辆，对路面施加的轮压较高，例如在港口通行的路面。（2）重载交通道路。这类公路的通行的基本上属于重载货车，需要要求路面具有更强的承载力，例如工程建设频繁的地区。（3）慢速交通道路。这类公路通常具有非常长的陡坡，或者经常发生堵车，例如市内高桥公路。

3 高模量沥青混合料在公路工程中的应用分析

3.1 工程概况

在进行配合比设计的过程中，实验所参考的对象为某实际的公路工程建设。在某公路工程当中，公路所处的位置气候恶劣，昼夜温差较大，并且降水量主要集中在夏季，公路等级设计为二级公路，路基和路面的宽度分别设计为8.5 m和7 m，平均纵坡 5%，为了保证公路质量，决定采用高模量沥青混合料作为施工的主要材料，根据此公路工程的特点和需求，进行配合比的设计。对于不用类型的沥青混合料，配合比都有着明确的规范标准，有关的专业技术人员需要做好配合比设计，根据实际的公路工程施工情况，在各个方面优化配合比，保证高模量沥青混合料的质量，在对配合比进行优化的过程中，必须要保证其科学合理性，所以需要进行大量的马歇尔试验，最终得到配合比设计结果。在对沥青混合料拌和时，施工人员需要根据要求控制拌和时沥青混合料的温度，做好有关防治措施。若发现所用的沥青材料达不到指标要求，则需要禁止将材料运到混合料生产的现场，因为沥青材料均具有极高的相似度，用肉眼根本难以分辨，很可能将会导致材料用错的情况发生，进而导致所生产的高模量沥青混合料不符合要求。

3.2 高模量沥青混合料的配合比设计

在使用高模量沥青混合料作为公路工程施工的主要材料的时候，集料级配的科学合理性，将会直接影响公路工程施工的质量。所谓的高模量沥青混合料的集料级配，从字面上的意思就能看出，它是指高模量沥青混合料所用料集料的粒径颗粒的分配。考虑到公路工程路面强度和稳定性的需求，进行计算后进行集料级配，最终所得的级配结果如下图。

在进行干拌的过程中，随着干拌时间的增加，各种添加剂均匀的分散到沥青混合料当中，制成标准马歇尔试件进行马歇尔试验，可以发现高模量沥青混合料的空隙率在减少，干拌时间达到20 s后渐渐趋于稳定。至于马歇尔模数，则是同空隙率相反，它是随着干拌时间在增加，不过同样在20 s后渐渐的稳定。从这次马歇尔试验当中，综合下来干拌时间最好控制在20 s，并且当添加剂加入拌和后，需要及时进行拌合，这样可以避免添加剂和集料结合成粘稠团状物，这样添加剂就不能充分的发挥出该有的功效，严重影响高模量沥青混合料的质量，导致路面质量受到影响。

在高模量沥青混合料拌和的过程中，对拌和温度的控制也十分重要。因为高模量沥青混合料所用材料的因素，它的拌和温度要较高于一般的沥青混合料，如果拌和温度过低，那么所得到的沥青混合料的性能就会出现问题，在用于公路工程施工建设中，会发现沥青混合料难以压实，严重的影响路面的质量，可是温度也不能过高，温度过高会导致沥青老化，粘结力大大降低。在进行最佳拌合温度确定的过程中，从165℃开始进行，发现沥青混合料的空隙率在拌和温度增加后，它也慢慢的减少，当温度达到175℃，空隙率来到最小值，随后又慢慢的增加，而马歇尔模数和稳定度是随着温度的升高先是增加，然后慢慢的减少，也是大致在175℃出现最大值，因此在综合多项因素的考虑后，确定高模量沥青混合料最佳拌和的稳定为175℃，这跟设计时的预期大体相似，拌和温度的确比一般的沥青混合料要高，大约高10℃～15℃。

在采用马歇尔试验方法确定最佳油石比后，得到的高模量沥青混合料的目标配合比设计结果检测如下表所示。

3.3 高模量沥青混合料的运用

当高模量沥青混合料生产完成后，将其运输到施工现场，这个过程也十分的讲究。根据对施工经验的总结，在运输混合料之前，需要提前对路况进行了解，甚至需要考虑到当天的天气情况，并且为保证摊铺的效率，运料车的数量也要保证，一般来说需要5辆左右的运料车才能满足摊铺时的需求。除此之外，在运输的过程中，因为高模量沥青混合料的摊铺和碾压温度要比一般的沥青混合料较高，为了保证沥青混凝土的温度达到摊铺时的温度要求，一般会在车顶覆盖篷布，同时在进行连续摊鋪施工时，控制好摊铺机之间的距离，卸料时运料车挂空挡，依靠摊铺机施加的动能前进，配合摊铺机完成卸料。

在摊铺时要做好路基的处理工作，需要控制摊铺时的温度，摊铺温度是影响摊铺质量的关键，在摊铺过程中需要由专门的施工人员检查记录摊铺温度，严格控制好上下限温度，不能超过上限，也不能低于下限。

当摊铺施工完成后，就要开始进行碾压施工，这个环节也非常重要根据碾压标准的不同，可以将分为三个环节初压、复压和终压，每个环节都存在相互影响，施工顺序要十分明确。初压时在摊铺完成后就开始，对环境具有较高大的要求，初压完成后的复压需要进行两三次，碾压速度相对初压时需要有一定程度的提升，通过复杂消除在初压过程中所导致痕迹，最后的终压环节是为了进一步的提高路面的平整性，碾压过程中保持匀速，对复压过后平整度依然存在问题的路面进行处理。在进行碾压的过程中，施工人员需要控制碾压的温度，当最后一次的碾压完成后，需要专业人员对路面的平整度进行检测，如果发现存在问题，需要及时进行处理。

4 总结

为了延长环境恶劣的公路路段的使用寿命，保证路段的通行质量，对施工技术和材料质量的要求极高，使用高模量沥青混合料可以提高路面各方面的性能，因此在公路工程建设过程中，需要考虑实际需求，注重对高模量沥青混合料的运用，确保我国公路工程施工的质量，为我国的经济建设打下坚实的基础。

参考文献：

[1]李洪斌.高模量沥青混合料性能研究与路面结构响应分析[J].公路工程，2014，39（6）：100-102+118.

[2]靳澍.高模量沥青混合料在宁高高速公路改造工程中的应用[J].现代交通技术，2014，11（3）：19-21.