■于照海 高 智

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)） 有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002）

隨著新疆兵團(tuán)向南發(fā)展的戰(zhàn)略的實(shí)施，南疆團(tuán)場(chǎng)的公路建設(shè)項(xiàng)目逐年增多，瀝青路面作為行駛舒適性較好、耐久性較強(qiáng)的路面材料，被廣泛應(yīng)用于新建道路中[1-2]。 然而瀝青公路的建設(shè)需要耗費(fèi)大量瀝青材料，新疆本地產(chǎn)的瀝青量較少，且受地質(zhì)材料影響，南疆產(chǎn)的庫(kù)車瀝青品質(zhì)較差，不能直接用于筑路過(guò)程中， 庫(kù)車瀝青經(jīng)濟(jì)價(jià)值在公路建設(shè)中不能得到充分的體現(xiàn)[3-4]。 相關(guān)研究表明：可在低等級(jí)的瀝青材料中摻加改性劑來(lái)提高瀝青品質(zhì)，孫澤強(qiáng)[5]將克拉瑪依瀝青與塔河瀝青進(jìn)行調(diào)和，并采用SBS 和橡膠粉材料對(duì)其進(jìn)行改性， 能夠顯著提升瀝青的高低溫性能；彭煒[6]在新疆巖瀝青中摻入不同比例的抗車轍劑， 結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目研究瀝青路面抗車轍性能；于江[7]研究了不同溫拌劑對(duì)2 類新疆產(chǎn)瀝青的黏度改善效果，認(rèn)為可在一定程度上提升瀝青性能；相關(guān)研究[8-10]還表明硫化杜仲膠作為改性劑，可有效改善瀝青混合料的品質(zhì)，并在一定程度上提高瀝青高溫性能和顯著改善低溫性能。 本研究依托新疆兵團(tuán)第三師50 團(tuán)扎花廠公路項(xiàng)目，采用杜仲膠對(duì)新疆庫(kù)車瀝青進(jìn)行改性，并將其改性瀝青混合料應(yīng)用于實(shí)體公路項(xiàng)目鋪筑，驗(yàn)證杜仲膠改性瀝青的有效性， 為改善新疆低品質(zhì)瀝青提供一種選擇。

1 原材料與配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

杜仲膠是一種橡膠類高分子化學(xué)材料，內(nèi)部有效組分為反式聚異戊二烯， 外觀呈白色絲狀物質(zhì)，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示；研究采用在庫(kù)車瀝青中摻入5%的硫化杜仲膠進(jìn)行瀝青改性， 瀝青改性前后技術(shù)指標(biāo)如表2 所示， 從表中數(shù)據(jù)可以看出，庫(kù)車瀝青達(dá)不到C 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)，因此無(wú)法用于瀝青面層。而摻加5%的硫化杜仲膠后，延度得到較好改善，達(dá)到了C 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)；集料是混合料重要的骨架支撐材料，其嵌擠作用能夠直接影響混合料的力學(xué)特性，集料的技術(shù)指標(biāo)如表3 所示；混合料的填料為石灰?guī)r礦粉，滿足規(guī)范使用要求。

表1 杜仲膠主要技術(shù)指標(biāo)

表2 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

表3 集料的試驗(yàn)指標(biāo)與技術(shù)要求

1.2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，選定AC-13 級(jí)配作為瀝青路面上面層級(jí)配，該級(jí)配是典型的密實(shí)型級(jí)配，其低于4.75 mm 孔徑的細(xì)集料量較多，能夠有效填充瀝青混合料骨架結(jié)構(gòu)孔隙，實(shí)現(xiàn)混合料的穩(wěn)定性和強(qiáng)度提升。 在級(jí)配選定的基礎(chǔ)上，對(duì)不同油石比對(duì)應(yīng)的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)， 結(jié)果如表4所示。 通過(guò)建立相關(guān)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)與油石比的波動(dòng)曲線分析，最終選定最佳油石比為4.9%。

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2 瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫穩(wěn)定性

新疆地區(qū)的常年平均氣溫要遠(yuǎn)高于南方，也面臨著瀝青路面高抗車轍性能的要求，研究將杜仲膠改性后的瀝青混合料與克拉瑪依瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度的對(duì)比，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 混合料東穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果

從圖1 可以看出，經(jīng)過(guò)杜仲膠改性后的瀝青混合料，其動(dòng)穩(wěn)定度為3524 次/mm，相較于普通克拉瑪依瀝青混合料，提升了約12.8%，表明杜仲膠改性后的混合料高溫性能是高于克拉瑪依瀝青混合料的。 此外，對(duì)于改性瀝青混合料而言，規(guī)范要求其在60℃環(huán)境下的動(dòng)穩(wěn)定度不低于2400 次/mm，2 類瀝青混合料均滿足要求。 杜仲膠本質(zhì)上是化學(xué)高分子材料，具有一定黏度特性，在高溫環(huán)境下與庫(kù)車瀝青進(jìn)行融合反應(yīng)后， 可顯著提升其黏度組分，增強(qiáng)瀝青采材料與集料的裹附性和嵌擠性，從而促進(jìn)了混合料整體強(qiáng)度的提升。 高溫環(huán)境下，杜仲膠改性瀝青溫度敏感性降低，瀝青材質(zhì)不易軟化，其瀝青混合料產(chǎn)生車轍變形的風(fēng)險(xiǎn)減小。

2.2 水穩(wěn)定性

長(zhǎng)期以來(lái)， 水損傷對(duì)瀝青混合料的長(zhǎng)期性能會(huì)產(chǎn)生不利影響， 主要體現(xiàn)在內(nèi)部水分子沿混合料孔隙內(nèi)壁分布，降低瀝青與集料的界面接觸能力，從而產(chǎn)生混合料松散、剝落現(xiàn)象，為確保新疆地區(qū)瀝青路面的水穩(wěn)定性， 研究對(duì)2 類瀝青混合料進(jìn)行殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)，結(jié)果如圖2～3 所示。

圖2 混合料殘留穩(wěn)定度

圖3 混合料凍融劈裂強(qiáng)度比

研究將2 類瀝青混合料分別進(jìn)行殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)， 其試驗(yàn)結(jié)果分別為87.5%、88.2%和86.5%、85.7%， 均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的限值要求，表明2 類瀝青混合料的水穩(wěn)定性較好。 其本質(zhì)原因是杜仲膠改性瀝青混合料和克拉瑪依瀝青混合料均屬于改性瀝青混合料， 其瀝青的黏度較大，黏聚性和裹附性較好，能夠較好地吸納和增強(qiáng)混合料的整體性能，在水分子侵蝕下，瀝青和集料間的黏聚力較強(qiáng)，材料不易產(chǎn)生松散和剝落。 在水損傷環(huán)境下，杜仲膠材料和克拉瑪依瀝青表現(xiàn)出同等的作用效應(yīng)，但長(zhǎng)期的雨水沖刷和凍融循環(huán)對(duì)混合料的長(zhǎng)期服役性能還有待進(jìn)一步研究。

2.3 低溫抗裂性能

新疆地區(qū)晝夜溫差較大，在冬季寒冷季節(jié)，低溫環(huán)境會(huì)對(duì)路表產(chǎn)生凍裂性能，在持續(xù)車流荷載作用下易產(chǎn)生凍融損傷開裂性能，本研究對(duì)2 類瀝青混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 混合料破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

上述試驗(yàn)結(jié)果表明：杜仲膠改性劑的加入能夠在一定程度上提升混合料的低溫抗裂性，較克拉瑪依瀝青混合料提升了8.51%。 杜仲膠內(nèi)部是由復(fù)雜的分子鏈組成的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)， 在受熱環(huán)境下，內(nèi)部穩(wěn)定結(jié)晶體亂序破碎，材料具有較強(qiáng)的黏性組分和彈性組分，與瀝青進(jìn)行有效融合，可以增強(qiáng)改性瀝青的黏度，進(jìn)一步促進(jìn)與集料的粘結(jié)、裹附作用，從而提升材料整體的穩(wěn)定性。 在AC-13 密實(shí)型級(jí)配成型過(guò)程中，其內(nèi)部得到有效彈性組分能夠緩解外部荷載沖擊，從而會(huì)促進(jìn)混合料抵抗外部變形及開裂能力的提升。 整體而言，杜仲膠摻入庫(kù)車瀝青后能夠顯著提升瀝青混合料的高溫性能和低溫抗裂性能，且高低溫指標(biāo)測(cè)試結(jié)果要高于克拉瑪依瀝青混合料，而水穩(wěn)定性方面，2 類瀝青混合料性能較為接近。

3 工程應(yīng)用

本研究結(jié)合第三師50 團(tuán)扎花廠公路路段的瀝青面層鋪筑工程，分別鋪筑了上述杜仲膠改性瀝青路面和克拉瑪依瀝青路面，待路面服役1 年后對(duì)其裂縫開展、鉆芯取樣、彎沉值等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

3.1 裂縫開展

研究對(duì)2 種不同類型瀝青路面進(jìn)行裂縫開展的觀測(cè)，分別記錄了連續(xù)5 km 路段內(nèi)橫向裂縫、縱向裂縫的數(shù)量，如表5 所示。

表5 裂縫開展數(shù)量統(tǒng)計(jì)

裂縫開展情況統(tǒng)計(jì)表明，采用杜仲膠改性瀝青路面產(chǎn)生的橫向裂縫數(shù)量較少，相較于克拉瑪依瀝青路面減低了約24.85%裂縫開展數(shù)量，而縱向裂縫數(shù)量方面，2 種不同瀝青路面的裂縫數(shù)量較為接近，這主要與重載交通環(huán)境下瀝青路面縱向裂縫損傷機(jī)理有關(guān)。

3.2 鉆芯取樣

研究對(duì)兩種不同瀝青路面路段分別進(jìn)行鉆芯取樣，并對(duì)8 組芯樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)均值結(jié)果如表6 所示。

瀝青路面鉆芯測(cè)試表明， 二者成型的混合料均滿足施工要求，其中，杜仲膠改性瀝青路面的穩(wěn)定度大于克拉瑪依瀝青路面，前者的流值、密度、飽和度、空隙率均小于后者。 這與杜仲膠材料自身的特性有關(guān)， 其內(nèi)部有效粘彈性組分能夠增強(qiáng)混合料的黏結(jié)強(qiáng)度， 但長(zhǎng)期的水損傷會(huì)對(duì)其造成劣化影響。

表6 芯樣馬歇爾技術(shù)指標(biāo)

3.3 路面彎沉

路面彎沉是目前檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)承載力的常規(guī)手段，雖不能完全真實(shí)反映路面的實(shí)際強(qiáng)度，但作為一個(gè)整體剛度指標(biāo)，可從側(cè)面反映路面的一個(gè)整體受力能力，從而可以比較出不同路段的結(jié)構(gòu)承載力， 在一定程度上反映路面強(qiáng)度， 試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 路面彎沉統(tǒng)計(jì)

上述數(shù)據(jù)可以看出杜仲膠改性瀝青混合料路面彎沉遠(yuǎn)小于克拉瑪依瀝青路面彎沉和設(shè)計(jì)彎沉（設(shè)計(jì)彎沉為158.8（0.01 mm）），表明杜仲膠改性瀝青路面強(qiáng)度高于克拉瑪依瀝青路面強(qiáng)度，使路面變形很少。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究根據(jù)新疆兵團(tuán)公路建設(shè)工程實(shí)際情況，采杜仲膠作為改性劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性研究，并分別對(duì)杜仲膠改性庫(kù)車瀝青和克拉瑪依瀝青的2 類瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)路用性能研究， 在此基礎(chǔ)上，鋪筑了2 種不同改性瀝青類型的瀝青路面，對(duì)其進(jìn)行裂縫調(diào)查、 鉆芯取樣試驗(yàn)及彎沉測(cè)試等對(duì)比分析，研究表明：使用杜仲膠改性庫(kù)車瀝青路面各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于同等級(jí)的克拉瑪依瀝青路面，為庫(kù)車瀝青在兵團(tuán)南疆公路建設(shè)應(yīng)用找到了一個(gè)解決方案。