摘要：由于车辆的超载、重载行为,以及全球气候变暖导致的高温天气逐年增多,在双重作用下路面结构往往会受到极为严重的破坏,导致车辙等病害的发生,不仅使路面养护维修的工作量和养护费用增加,而且降低了道路的舒适性。针对传统沥青路面结构中的石灰岩石料、玄武岩石料和SUP20、SUP13、SMA133种沥青混合料开展不同的路用性能试验,得出结论:针对不同岩性和不同类型的沥青混合料,掺加重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂均能大幅提高沥青混合料的高温稳定性能,同时使其抗水损害性能及低温抗裂性能略有改善,可为解决高温和超重载交通影响下沥青路面的车辙病害问题提供参考。

  沥青路面在力学性能、耐久性以及行车舒适性等方面具有明显的优势,且适合各种车辆通行,因此目前的公路建设工程多选用沥青路面结构。同时,随着交通事业的快速发展,路网布局逐步完善,交通呈现高速化、重载化和渠化等特点,对沥青路面的品质也提出了更高的需求。对各等级公路运行情况的调研结果表明,沥青路面的病害以裂缝和车辙为主。近年来,随着全球气候变暖,多地夏季出现连续极端高温天气,在重载和连续高温的双重作用下,高速公路,国省道或城市道路的长上坡、长下坡路段,公交专用道和特重交通等路段沥青路面的车辙病害非常严重。为解决高温重载条件下沥青路面的车辙病害问题,使其满足高温重载条件下的使用需求,已有许多在沥青路面中采用改性沥青或掺加抗车辙添加剂等相关技术的研究和工程应用,但从使用效果来看,这些手段只能减轻或延缓沥青路面车辙等病害,未能彻底解决。所以,研究一种适用于高温重载条件下的抗车辙沥青混合料具有重要的现实意义。本文采用江苏巨贸新材料科技发展有限公司提供的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂开展了不同岩性与不同级配类型的沥青混合料路用性能对比试验研究,评估其实际使用效果,以期为解决高温重载条件下沥青路面的车辙病害问题提供参考。

1重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂作用原理

  无车辙超级路面是指使用掺加重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料铺装的路面,重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂是一种采用环氧树脂、石油树脂及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等合成的树脂改性热固性高分子材料,通过与多种类型的环保型固化剂在高温激发下发生交联反应而形成具有三向网状结构的高聚物,外观呈颗粒状、颜色呈灰绿色、密度为0．9~1．05g·cm^-3、熔融指数≥2．0g·(10min)^-1。重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂可在大幅提高沥青混合料高温稳定性能的同时提高其抗水损害性能和低温抗裂性能,最终实现沥青混合料综合性能的提高。重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂可直投于沥青拌合楼拌缸中,通过提高沥青黏度和增强集料摩阻力复合改性,实现沥青混合料抗车辙性能的大幅度提高,达到普通SBS改性沥青混合料的10倍以上,显著减少路面车辙,使沥青路面在使用周期内基本不发生1．0cm以上的车辙变形。

2沥青混合料配合比设计

  为分析重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂对不同岩性及混合料级配类型的原材料的影响,本文选择公路建设中常用的石灰岩、玄武岩两种岩性与SMA13、SUP13、SUP20；3种级配的沥青混合料为研究对象,分别对传统改性沥青混合料与重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂的高温稳定性能、抗水损害性能及低温抗裂性能进行对比研究。其中,SMA13及SUP13沥青混合料所用的集料为玄武岩,SUP20沥青混合料所用的集料为石灰岩。沥青、集料、矿粉等原材料检测结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)的相关要求,道路石油沥青检测结果如表1所示,不同类型沥青混合料马歇尔指标试验结果如表2所示。

3性能试验研究

  在高温、潮湿、多雨的地区,沥青路面在重载条件下,较容易出现车辙、唧浆、松散及坑槽等病害。因此,沥青路面在道路使用阶段必须具有优良的高温稳定性能、抗水损害性能和低温抗裂性能,以保证道路在设计寿命周期内具有良好的使用性能。本文在传统的原材料、配合比基础上分别对改性沥青混合料及掺加重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂的沥青混合料进行抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能的试验评价。

3．1抗水损害性能评价

  沥青路面的水损害是指在沥青路面施工完成以后的通车阶段,环境中的水分和空气通过沥青路面的连通孔隙进入混合料内部,如果水分储存在沥青路面结构中不能及时排出,在行驶车辆轮胎表面形成的动水压力与高温条件的共同作用下,水分会渗入沥青与集料的界面,削弱沥青与集料的黏附性,最终使其与集料之间丧失黏结力,进而导致沥青和矿料出现剥离现象,沥青膜从矿料表面剥落,使沥青路面整体稳定性进一步下降。水损害问题如果不能得到及时处理,最终会导致唧浆、松散和坑槽等其他一系列病害。浸水马歇尔试验是行业内常用的评价沥青混合料抗水损害性能、分析沥青混合料水稳定性的方法。本文分别对石灰岩SUP20、玄武岩SUP13、玄武岩SMA133种沥青混合料进行浸水马歇尔试验,检验传统改性沥青混合料及重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的残留稳定度,沥青混合料浸水马歇尔试验结果如图1所示。

图1沥青混合料浸水马歇尔试验结果

  由图1可知,SUP13、SUP20及SMA13；3种级配的沥青混合料掺加重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂改性剂后,残留稳定度均有所提升,且满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)的要求。

3．2高温稳定性能评价

  大量研究表明,车辙试验得出的动稳定度指标与沥青路面的实际车辙深度具有良好的相关性,因此,车辙试验通常被用来评价沥青混合料的高温稳定性能。本文以石灰岩SUP20、玄武岩SUP13和玄武岩SMA133种沥青混合料为研究对象,在60±1℃,0．7±0．05MPa条件下进行车辙试验,以检验传统改性沥青混合料及重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的高温稳定性能,以动稳定度指标表征沥青混合料的高温稳定性能。沥青混合料60℃车辙试验结果如图2所示。由图2可知,3种级配类型的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的60℃动稳定度基本在35000~40000次mm^-1,较传统改性沥青混合料有大幅度提升,其中,SUP13沥青混合料的动稳定度是传统改性沥青混合料的7．68倍、SUP20沥青混合料的动稳定度是传统改性沥青混合料的9．37倍、SMA13沥青混合料的动稳定度是传统改性沥青混合料的6．04倍;不同岩性的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的动稳定度值相当,表明沥青混合料的动稳定度指标基本不受岩性的影响,进一步说明针对不同岩性及不同级配类型的混合料,重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂改性剂均能大幅提高其高温稳定性能。

图2沥青混合料60℃车辙试验结果

  为评价重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料在高温条件下的使用效果,参考南方极端连续高温天气条件下沥青路面的实际温度,在70±1℃、0．7±0．05MPa条件下分别对石灰岩SUP20、玄武岩SUP13和玄武岩SMA133种沥青混合料进行车辙试验,以评价传统改性沥青混合料及重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的高温稳定性能,沥青混合料70℃车辙试验结果如图3所示。

图3沥青混合料70℃车辙试验结果

  由图3可知,3种级配类型的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料在70℃条件温度下的动稳定度可达到15000次·mm^-1以上,较传统改性沥青混合料有大幅度提升。其中,SUP20型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的70℃动稳定度是传统改性沥青混合料的10．97倍;SUP13型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的70℃动稳定度是传统改性沥青混合料的6．97倍;SMA13型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的70℃动稳定度是传统改性沥青混合料的7．71倍。

3．3低温抗裂性能评价

  沥青混合料的低温抗裂性能与沥青路面的裂缝发展情况具有很强的相关性,也是衡量沥青混合料路用性能的重要指标。沥青混合料的小梁弯曲蠕变试验是一种研究沥青混合料低温抗裂性能的常用试验方法。本文采用小梁弯曲蠕变试验进行沥青混合料的低温抗裂性能评价,以石灰岩SUP20、玄武岩SUP13、玄武岩SMA133种沥青混合料为研究对象,在-10℃、速率50mm·min^-1的条件下进行试验,评价传统改性沥青混合料及重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的低温抗裂性能,沥青混合料小梁弯曲蠕变试验结果如图4所示。

图4沥青混合料小梁弯曲蠕变试验结果

  由图4可知,3种级配类型的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料小梁弯曲破坏应变指标达到3500με左右,较传统改性沥青混合料略有提高。其中,SUP20型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料提高27．38%,SUP13型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料提高33．52%,SMA13型重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料提高30．26%;不同岩性的重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料破坏应变值相当,说明岩性对重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的低温性能影响较小,进一步说明重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂改性剂对不同岩性、不同类型的混合料,均能改善其低温抗裂性能。

4结论

  本文主要对重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料和传统改性沥青混合料在抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能方面进行比较。结果表明,针对不同岩性(集料)、不同混合料结构类型的沥青混合料,重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂改性剂均能够改善其路用性能,可用于解决传统沥青路面车辙病害问题,具体结论如下:(1)对于石灰岩集料、玄武岩集料以及SUP型或SMA型沥青混合料,掺加重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂改性剂均能够大幅度提高其高温稳定性能,并使其抗水损害性能和低温抗裂性能略有改善。(2)从车辙试验结果可知,重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料在60℃条件下的动稳定度在35000~40000次·mm^-1,是传统改性沥青混合料的6倍以上;70℃条件下重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的动稳定度超过15000次·mm^-1,是传统改性沥青混合料的5．5倍以上。(3)从浸水马歇尔试验和小梁弯曲蠕变试验结果可知,重载交通超级无辙裂沥青路面改性剂沥青混合料的抗水损害性能和低温抗裂性能较传统改性沥青混合料略有提高,残留稳定度较传统改性沥青混合料提高了5%以上,小梁弯曲破坏应变较传统改性沥青混合料提高了15%以上。