朱長青

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430023）

瀝青路面施工關(guān)鍵參數(shù)對抗車轍性能影響研究

朱長青

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430023）

通過室內(nèi)試驗(yàn)研究,分析了改性劑SBS摻量、油石比、壓實(shí)度及空隙率幾個施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響。結(jié)果表明,改性劑SBS的摻入能夠大幅提升其抗車轍性能,壓實(shí)度與瀝青混合料動穩(wěn)定度呈正相關(guān),當(dāng)瀝青混合料具有最佳的油石比和合適的空隙率時,其高溫抗車轍性能是最好的。

施工關(guān)鍵參數(shù)；SBS摻量；油石比；壓實(shí)度；空隙率

0 引言

我國瀝青路面普遍存在車轍病害的現(xiàn)象,尤其在夏季高溫時段,許多新建高速公路瀝青路面即出現(xiàn)嚴(yán)重車轍,如圖1所示。在城市道路中,由于車流量大,經(jīng)常造成擁堵,行車速度明顯降低,尤其是公交車輛荷載較大,在站臺段,車速減慢,車輛停車、啟動頻繁,形成很大的剪切力,產(chǎn)生了嚴(yán)重的車轍。例如,廣州市中山大道快速公交（BRT）試驗(yàn)線工程在2010年2月通車,8個月后BRT全線站臺段部分車站?？奎c(diǎn)就發(fā)生了不同程度的早期破壞,經(jīng)過局部性修補(bǔ)之后,至今仍然存在著嚴(yán)重的車轍及坑槽現(xiàn)象,如圖2所示。

圖1 高速公路收費(fèi)站路面車轍

圖2 廣州BRT公交車?？空韭访孳囖H

瀝青路面車轍、泛油等病害的出現(xiàn)會引起輪跡處瀝青層厚度減薄,削弱面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度,進(jìn)而誘發(fā)坑槽、水損害等其它病害,危及行車安全,影響汽車行駛舒適性。因此國內(nèi)外許多專家學(xué)者對瀝青路面車轍的影響因素及防治措施都有比較深入的研究。長安大學(xué)楊博利用ABAQUS有限元軟件,開展了不同路面結(jié)構(gòu)組合的車轍試驗(yàn),以此指導(dǎo)瀝青路面的設(shè)計(jì)與施工[1]?？紫榻艿柔槍Σ煌臑r青混合料及路面結(jié)構(gòu)類型,分析了最大粒徑、結(jié)合料類型、集料級配類型等對瀝青路面車轍的影響[2]。栗培龍等通過漢堡車轍試驗(yàn)系統(tǒng),針對AC-13、AC-16、AC-20三種混合料在40℃、50℃和60℃三種不同溫度下的車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立了瀝青混合料車轍預(yù)估模型[3]。高聯(lián)斌分別論述了國內(nèi)常見四種車轍的形成原因,并根據(jù)瀝青混合料及施工等方面,分析了其影響因素[4]。因此本文針對瀝青路面施工過程中瀝青混合料的幾個關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)——改性瀝青SBS劑量、油石比、壓實(shí)度、孔隙率,分析其對瀝青路面車轍的影響。

1 試驗(yàn)原材料

本文從改性瀝青SBS劑量、油石比、壓實(shí)度、孔隙率四個方面,采用最常用的車轍試驗(yàn),從施工方面對影響瀝青路面車轍的主要因素進(jìn)行分析研究。試驗(yàn)用瀝青改性劑為熱塑性丁苯橡膠SBS改性劑,其外觀為白色條狀,并采用陰離子聚合方法制作,基質(zhì)瀝青采用SK90#瀝青,不同SBS摻量改性瀝青的各項(xiàng)性能測試結(jié)果見表1。

試驗(yàn)用集料采用玄武巖,其主要性能測試結(jié)果見表2。

表1 不同SBS摻量的改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 玄武巖粗集料的主要技術(shù)指標(biāo)

車轍板成型采用AC-13級配瀝青混合料,各篩孔通過率見表3。

表3 AC-13級配通過百分率

試驗(yàn)儀器采用恒溫式瀝青混合料車轍儀,試驗(yàn)溫度60℃,且保持試驗(yàn)精度在±1℃范圍內(nèi),試驗(yàn)荷載為0.7 MPa,加載速度為42次/min。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 改性劑SBS摻量對抗車轍性能影響分析

按照上述試件成型方法,對不同改性劑SBS摻量的車轍板按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0719的試驗(yàn)步驟進(jìn)行車轍試驗(yàn)。改性劑摻加劑量分別為3.5%、4%、4.5%,試驗(yàn)溫度60℃,試驗(yàn)結(jié)果見表4,動穩(wěn)定度與SBS摻量的變化關(guān)系如圖3所示。

由表4及圖3可知,隨著改性劑SBS摻量的增大,動穩(wěn)定度隨著改性劑SBS摻量的增大而增大,但其增加速率有所降低；車轍板的45 min變形和60 min變形隨著SBS摻量的增大都有所下降。可見SBS的加入對瀝青混合料抗車轍性能的提高是顯而易見的,但在實(shí)際使用過程中還需考慮瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)性,因此在兼顧混合料經(jīng)濟(jì)性的前提下,在實(shí)際使用中可適當(dāng)增加改性劑SBS的摻量。

表4 不同SBS摻量的瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖3 動穩(wěn)定度隨改性劑SBS摻量的變化曲線

2.2 油石比對抗車轍性能影響分析

目前瀝青混合料設(shè)計(jì)主要包括級配確定和最佳油石比的確定,因此在集料級配相對固定的情況下,油石比是影響空隙率、瀝青飽和度等馬歇爾技術(shù)指標(biāo)的主要因素。瀝青混合料設(shè)計(jì)目前主要采用體積設(shè)計(jì)法或體積分析法。經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究,瀝青混合料的最佳油石比可采用式（1）確定。

式中:VMA為瀝青混合料的礦料間隙率,%；Va為瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率,%；Ra為瀝青混合料相對密度；Rsb為集料平均毛體積相對密度,無量綱,按照式（2）確定。

式中:P1、P2～Pn為各種集料的配比,其和為100,相應(yīng)的毛體積相對密度為R1、R2～Rn。

在實(shí)際配合比設(shè)計(jì)中通常采用比規(guī)范規(guī)定的最小礦料間隙率大1%的礦料間隙率。為此,可按式（3）進(jìn)行最佳油石比的計(jì)算。

對基質(zhì)瀝青混合料采用馬歇爾試驗(yàn)法確定最佳油石比。按照最佳油石比、最佳油石比±0.3配制三種瀝青混合料,成型車轍板試件并進(jìn)行60℃車轍試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表5,動穩(wěn)定度與油石比的關(guān)系曲線如圖4所示。

表5 不同油石比的瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖4 動穩(wěn)定度隨油石比變化的關(guān)系曲線

由表5及圖4可知,當(dāng)油石比在最佳油石比上下浮動時,動穩(wěn)定度也有所變化。隨著油石比增大,動穩(wěn)定度下降,相比最佳油石比降幅達(dá)到9.7%；45 min變形和60 min變形在超過最佳油石比時,相對低于最佳油石比的有較大增加,增幅分別達(dá)到4.6%和5.5%,而在低于最佳油石比時,增幅僅為0.1%和1.7%。由此可知,在最佳油石比附近,較大油石比對動穩(wěn)定度的影響要遠(yuǎn)大于較小油石比的影響。

2.3 壓實(shí)度對抗車轍性能影響分析

對基質(zhì)瀝青混合料及改性瀝青混合料分別在不同壓實(shí)度下進(jìn)行車轍試驗(yàn),且變換不同的成型溫度,試驗(yàn)結(jié)果見表6、表7,改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度隨壓實(shí)度的變化曲線如圖5所示。

表6 基質(zhì)瀝青混合料不同壓實(shí)度下的動穩(wěn)定度

表7 改性瀝青混合料在不同壓實(shí)度下的動穩(wěn)定度

圖5 改性瀝青混合料動穩(wěn)定度與壓實(shí)度在不同溫度下的關(guān)系曲線

由表6、表7及圖5可知,不論是基質(zhì)瀝青混合料或改性瀝青混合料,其動穩(wěn)定度均隨著壓實(shí)度的增加而增大,即動穩(wěn)定度與壓實(shí)度成正相關(guān),而壓實(shí)度又與瀝青混合料的成型溫度相關(guān)?；|(zhì)瀝青在壓實(shí)度從93.8%增大到95.9%時,動穩(wěn)定度增長了4.3%；改性瀝青混合料在壓實(shí)度從93.7%增大到96.1%時,動穩(wěn)定度增長了2.6倍。因此在瀝青路面施工時必須首先選擇合適的壓實(shí)溫度,尤其是改性瀝青混合料切忌溫度過低,其次路面壓實(shí)必須達(dá)到相應(yīng)的壓實(shí)度要求。

2.4 空隙率對抗車轍性能影響分析

對AC-16級配進(jìn)行調(diào)整,得到粗級配、合適級配和細(xì)級配三種不同空隙率的級配,見表8。分別按照三種級配成型基質(zhì)瀝青混合料車轍板,并進(jìn)行車轍試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表9,三種級配的動穩(wěn)定度對比圖如圖6所示。

表8 三種空隙率級配的各篩孔尺寸通過率

表9 不同空隙率瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖6 不同級配的動穩(wěn)定度對比圖

由表9及圖6可知,級配偏粗或者偏細(xì),都會直接影響到動穩(wěn)定度的變化。相比合適級配,粗級配和細(xì)級配的動穩(wěn)定度分別下降30.0%和42.2%,而45 min變形和60 min變形均有所增大。因此瀝青混合料必須選擇合適的級配及空隙率,以此最大限度的降低空隙率對瀝青混合料抗車轍性能帶來的影響。

3 結(jié)語

本文通過室內(nèi)試驗(yàn)分析了瀝青路面幾個施工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對混合料高溫車轍性能的影響,為瀝青路面抗車轍性能的防治提供了有效思路,得到以下主要結(jié)論:

（1）改性劑SBS的摻入對改性瀝青混合料高溫抗車轍性能有明顯提升,在實(shí)際使用中應(yīng)結(jié)合路面施工成本和抗車轍性能,合理確定改性瀝青中SBS的摻量。

（2）在最佳油石比附近,較大的油石比使得瀝青混合料的抗車轍性能有很大的降低,因此應(yīng)嚴(yán)格控制施工中混合料的油石比。

（3）瀝青混合料高溫抗車轍性能與其壓實(shí)度成正相關(guān),因此在施工中必須保證合理的路面壓實(shí)溫度,滿足規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度要求。

（4）空隙率偏大或偏小,都會使得瀝青混合料抗車轍性能大幅度降低,因此必須控制混合料級配以確保其具有合適的空隙率。

[1]楊博.基于有限元方法的瀝青路面車轍影響因素分析及其應(yīng)用研究[D].西安:長安大學(xué),2010.

[2]孔祥杰,張金喜,袁曉斌,等.瀝青路面抗車轍性能影響因素研究[J].中外公路,2016(03):43-48.

[3]栗培龍,李洪華,張爭奇,等.瀝青混合料車轍進(jìn)程影響因素及預(yù)估模型研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2011(07):57-61,93.

[4]高聯(lián)斌.瀝青路面車轍類型及影響因素[J].山西建筑,2017(03): 136-137.

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.075

U416.217

A

1009-7716（2017）07-0244-04

2017-03-31

朱長青（1984-）,男,安徽樅陽人,工程師,主要從事城市道路設(shè)計(jì),交通規(guī)劃,城市交通模型研究等。