李文海

(甘肅省定西公路局安定公路段，甘肅 定西 743000)

1 引言

為了行車舒適以及降低噪音，瀝青路面應(yīng)用較為廣泛[1]。作為一種連續(xù)式無(wú)縫路面類型，在保證了路用性能的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一些缺點(diǎn)，例如高溫條件下受力性能較低，使得瀝青路面壽命較短。在瀝青公路的路面上，最為常見的一種損害形式是車轍。公路路面在汽車重復(fù)荷載的作用下[2]，由于碾壓形成了變形。為了保證公路的通行不受到影響，定期的公路養(yǎng)護(hù)是不可缺少的。公路養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)面向存在損壞的區(qū)域完成修復(fù)工作，以及對(duì)公路總體的保養(yǎng)[3]。當(dāng)前很多公路開始采用高模量瀝青改性劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使得路面具有抗變形的效果。高模量瀝青改性劑是一種在特定工藝作用下，高分子聚合物及助劑結(jié)合形成的。高模量改性瀝青是指通過(guò)添加改性劑之后，與普通改性瀝青相比勁度模量有較大幅度提高的改性瀝青。這種化合物是通過(guò)螺桿擠出機(jī)，將聚丙烯、橡膠、抗氧化劑等成分混煉而成的[4]。高模量改性瀝青應(yīng)用與存儲(chǔ)都比較方便，更加適宜公路養(yǎng)護(hù)工程[5]。文中對(duì)公路養(yǎng)護(hù)中高模量瀝青改性劑的應(yīng)用進(jìn)行了研究，希望可以提升公路的受力性能。

2 使用高模量瀝青改性劑的必要性

第一，瀝青路面在使用過(guò)程中受多種因素影響產(chǎn)生病害是十分常見的現(xiàn)象，其中，最為常見的問(wèn)題就是夏季溫度過(guò)高時(shí)，瀝青路面吸熱較快，使得瀝青軟化，路面行車受限，會(huì)出現(xiàn)路面下陷或邊緣隆起的問(wèn)題，也會(huì)在路面中碾壓出車轍，影響路面的美觀性；第二，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)車轍時(shí)，也會(huì)伴隨擁包現(xiàn)象，擁包產(chǎn)生原因較多，但瀝青軟化點(diǎn)降低是根本原因；第三，當(dāng)瀝青路面發(fā)生性狀變化時(shí)，不僅會(huì)影響行車安全，也會(huì)影響后期的公路養(yǎng)護(hù)，間接導(dǎo)致其他路面問(wèn)題。究其根本原因，瀝青路面常見病害與瀝青路面受熱有關(guān)，瀝青路面受溫度影響較大，溫度驟降會(huì)使得瀝青路面變硬變脆，出現(xiàn)回縮變形的問(wèn)題，但溫度過(guò)高也會(huì)使得瀝青材料發(fā)生形變，承重能力下降，因此在瀝青中加入高模量改性劑，希望提高材料的穩(wěn)定性，優(yōu)化路面的使用性能。

3 高模量瀝青混合料應(yīng)用配比分析

確認(rèn)高模量瀝青改性劑具有良好的性能后，以公路養(yǎng)護(hù)為目標(biāo)，分析合理的高模量瀝青混合料應(yīng)用配比。首先選擇基礎(chǔ)的基質(zhì)瀝青，選用石灰?guī)r作為集料材質(zhì)，并依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將集料篩分成不同檔次的標(biāo)準(zhǔn)材料。采用AC-20作為混合料的目標(biāo)級(jí)配。為了保證材料結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度較好，對(duì)集料產(chǎn)生的嵌擠作用進(jìn)行加強(qiáng)，將篩孔尺寸為0.3 mm以下，以及4.5 mm以上的集料的通過(guò)率適當(dāng)降低，合理增加中間粒徑集料的含量，具體的級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 AC-20目標(biāo)級(jí)配曲線

此外，為了確保材料配比中瀝青的最佳用量，依據(jù)已有的施工規(guī)范條例，采用馬歇爾試驗(yàn)法確定具體的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照估計(jì)的油石比、相較預(yù)估油石比增加0.1%、相較預(yù)估油石比增加0.5%、相較預(yù)估油石比減少0.1%、相較預(yù)估油石比減少0.5%這五種情況分別做成五組實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的樣品。每種樣品數(shù)量保持在3～6個(gè)，放置定型后脫模測(cè)試，將每組樣品的馬歇爾穩(wěn)定度、相關(guān)參數(shù)等記錄。將油石比設(shè)為坐標(biāo)橫軸，獲取的物理力學(xué)參數(shù)作為縱軸可以呈現(xiàn)出一個(gè)變化曲線[6]。以該曲線作為依據(jù)得出瀝青用量范圍。通過(guò)平均值的計(jì)算，得到最佳油石比。應(yīng)用馬歇爾試驗(yàn)獲取的混合料口標(biāo)孔隙率為3.2%，最佳油石比為4. 3 %，外摻摻配比例為0. 6%，毛體積密度2. 485 g/cm3，理論密度、飽和度、礦料間隙率的數(shù)值如表1所示。

表1 馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將集料進(jìn)行加熱處理，再將加熱后的物料與改性劑混拌均勻，并依次加入瀝青、堿性石料礦粉等物質(zhì)，并充分混拌均勻。這種工藝下形成的混合料與以往相比溫度有將近10 ℃的提高。

應(yīng)用高模量瀝青改性劑按照配比形成瀝青混合料，公路養(yǎng)護(hù)中混合料使用后，會(huì)形成一層保護(hù)膜，由此形成三層膜保護(hù)結(jié)構(gòu)，分別為瀝青膜、高聚物膜、瀝青膜。再加上溫度與外力的影響，膜結(jié)構(gòu)之間相互滲透，高聚物與瀝青混合使得混合物合金化。未有滲透現(xiàn)象出現(xiàn)的位置，高聚物會(huì)自動(dòng)聚集在一起，通過(guò)交織的形式搭建起內(nèi)橋，為石料之間的空隙起到填補(bǔ)作用。避免了石料顆粒的移動(dòng)與路面的變形。高模量瀝青改性劑對(duì)于公路的養(yǎng)護(hù)，提高了路面的穩(wěn)定性、強(qiáng)度。由此看出，加入高模量瀝青改性劑可以有效改變?yōu)r青性能，包括了物理、化學(xué)兩個(gè)方面。最終實(shí)現(xiàn)了路面性能的提升。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了保證文中的研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，特進(jìn)行公路受力性測(cè)試。采用車轍試驗(yàn)的方式對(duì)道路的受力狀態(tài)進(jìn)行模擬。為了保證公路受力性實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，分別將實(shí)驗(yàn)溫度保持60 ℃與70 ℃兩種條件下。通過(guò)對(duì)車轍接地壓強(qiáng)的改變，記錄碾壓后公路變形情況，從而明確高模量瀝青改性劑應(yīng)用后，公路受力性能的變化。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有說(shuō)服力，除了文中分析的高模量瀝青改性劑之外，選擇傳統(tǒng)的SBS改性瀝青和RK改性瀝青對(duì)公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)試三種方式應(yīng)用后的公路受力性能。

4.1 溫度為60 ℃條件下公路變形結(jié)果

在60 ℃條件下，伴隨著車轍接地壓強(qiáng)的增加，公路變形量情況如圖2所示。

通過(guò)圖2可以發(fā)現(xiàn)，隨著壓強(qiáng)的不斷增加，公路變形量處于不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。文中所述的高模量改性瀝青方式養(yǎng)護(hù)的公路，變形量從1.02 mm增長(zhǎng)至3.47 mm。而其余兩種改性瀝青養(yǎng)護(hù)后的公路變形更加明顯，當(dāng)壓強(qiáng)為0.5 MPa時(shí)，SBS改性瀝青和RK改性瀝青養(yǎng)護(hù)的公路變形量分別為2.10 mm、2.54 mm；當(dāng)壓強(qiáng)增長(zhǎng)至3.0 MPa時(shí)變形量增加至12.54 mm、13.98 mm。因此，可以得出結(jié)論，應(yīng)用高模量瀝青改性劑的效果優(yōu)于其他兩種方式。

圖2 60 ℃條件下公路變形量結(jié)果

4.2 溫度為70 ℃條件下公路變形結(jié)果

在70 ℃條件下，公路變形量情況如圖3所示。

圖3 70 ℃條件下公路變形量結(jié)果

通過(guò)圖3可以得出結(jié)論，70 ℃條件下的公路變形量高于60 ℃條件下。當(dāng)壓強(qiáng)為3.0 MPa時(shí)，高模量改性瀝青養(yǎng)護(hù)后的公路變形量為4.76 mm，其余兩種方式變形量高達(dá)20.59 mm、25.69 mm。綜上所述，公路養(yǎng)護(hù)中高模量瀝青改性劑的應(yīng)用可以有效降低變形量，提升公路受力性能。

5 結(jié)語(yǔ)

以高模量瀝青改性劑為研究對(duì)象，分析了其在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用。通過(guò)本文的研究明確了高模量瀝青改性劑性能、以及應(yīng)用過(guò)程中的配比，更好地促進(jìn)了公路路面的各方面性能提升。但是由于時(shí)間的限制，文中研究還不夠深入，未來(lái)將會(huì)進(jìn)一步研究。