摘要：為探究高速公路主線4 cmAC-13C改性瀝青混凝土路面脹縮特性，文章采用70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青、斜交輪胎粉碎物、碎石和礦渣作為改性瀝青混凝土制備材料，通過McDonald濕法制作橡膠摻量分別為10%、20%、30%的改性瀝青混凝土試樣進(jìn)行收縮實(shí)驗(yàn)與膨脹實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：30%橡膠摻量下的試樣具有最低的位移值，更能夠控制瀝青混凝土的收縮情況；在不同齡期下，30%橡膠摻量瀝青混凝土的膨脹率始終最低，說(shuō)明30%橡膠摻量改性瀝青混凝土的熱穩(wěn)定性更好。

關(guān)鍵詞：高速公路主線；瀝青混凝土；路面脹縮特性；溫縮系數(shù)；溫縮應(yīng)變；抗車轍能力

中圖分類號(hào)：U416.217 A 20 074 3

0 引言

由于車流量的迅速增加，當(dāng)前高速公路存在一定的超載現(xiàn)象，普通的瀝青混凝土已無(wú)法滿足現(xiàn)有需求［1-2］。因此，采用更優(yōu)秀的改性材料制備瀝青混凝土可以使高速公路的路用性能更加完善［3-4］。

有較多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究，如潘友強(qiáng)等［5］研究復(fù)合澆注式鋼橋面瀝青鋪裝的路用性能，但該方法制備的瀝青混凝土更適用于橋面路用，并不適合應(yīng)用于高速公路，因此該種方法所制備的材料抗車轍性能較差；雷斌等［6］研究改性再生骨料瀝青混凝土的路用性能，但該方法研究材料在高溫下穩(wěn)定性較差，且當(dāng)溫度過低時(shí)容易發(fā)生冷縮現(xiàn)象。

為此，研究高速公路主線4 cm AC-13C改性瀝青混凝土路面脹縮特性，通過不同摻量的橡膠實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土的改性，并設(shè)計(jì)試驗(yàn)分析改性后的瀝青混凝土路面膨脹與冷縮情況。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)工程概況

本項(xiàng)目主線路面結(jié)構(gòu)為4 cm AC-13C改性瀝青混凝土（4 cm ARAC-13G橡膠瀝青混凝土）上面層+黏層，20 cm級(jí)配碎石粒料墊層（黏性土路段）。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 AC-13C橡膠改性瀝青制備

將設(shè)計(jì)好的普通瀝青混凝土與改性瀝青混凝土制作為試樣，試樣尺寸大小為70 mm×35 mm。需提前制備橡膠改性瀝青［7-9］，采用McDonald濕法制作方式。選取基質(zhì)瀝青為70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，同時(shí)選取粉細(xì)度為40目的斜交輪胎粉碎物作為試驗(yàn)的橡膠粉，制造兩種類型瀝青混凝土：（1）基礎(chǔ)普通瀝青混凝土AC-13，其瀝青用量為6.0%；（2）與該混凝土使用相同基質(zhì)瀝青，通過不同摻量橡膠對(duì)瀝青進(jìn)行改性，構(gòu)成10%、20%、30%的瀝青混凝土AC-13C試樣，瀝青用量均值約為7.5%，與普通瀝青混凝土差別較小。兩種瀝青混凝土均使用一致的粗集料與細(xì)集料。

1.2.2 混凝土粗集料選取

在混凝土材料中，內(nèi)摩擦角越大，集料之間嵌擠作用發(fā)揮得越好［10］，因此，粗集料選取碎石和礦渣，并利用反擊式破碎機(jī)對(duì)其加工。具體分析粗集料性能如表1所示。

1.2.3 混凝土細(xì)集料選取

通常情況下，制造瀝青混凝土?xí)r會(huì)選取機(jī)制砂與天然砂等，現(xiàn)選取石灰?guī)r機(jī)制砂作為細(xì)集料。在制造細(xì)集料時(shí)，需保證材料無(wú)其他雜質(zhì)，采用水洗烘干的方式處理該材料，使其可應(yīng)用于試驗(yàn)中。具體細(xì)集料各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2所示。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 收縮特性分析

選取HSL-225型溫濕度環(huán)境箱作為該試驗(yàn)的降溫設(shè)備。在該環(huán)境箱內(nèi)放置試樣，當(dāng)試樣振動(dòng)影響量消減后，設(shè)定最高溫度為25 ℃，2 h恒溫。在2 h后，記錄箱內(nèi)千分表讀數(shù)，并調(diào)整環(huán)境箱的恒溫時(shí)間、降溫溫差以及降溫速度，使環(huán)境箱降溫速率保證在2 ℃/h，每當(dāng)降溫達(dá)到30 min，就記錄千分表讀數(shù)，直到降溫完成。

通過式（1）計(jì)算不同瀝青混凝土的溫縮系數(shù)α：

α=ΔSL×ΔT （1）

式（1）中：試樣的溫度收縮系數(shù)由α表示；試樣在初始溫度T0下降至試驗(yàn)所需低溫值T時(shí)的變形量由ΔS表示，即ΔS=（結(jié)束讀數(shù)-初始讀數(shù)）/1 000；鋼框架觸點(diǎn)位置的可用收縮長(zhǎng)度由L表示，試驗(yàn)時(shí)選取該長(zhǎng)度為450 mm；溫度變化區(qū)間由ΔT表示，同時(shí)ΔT=T0-T，其中，實(shí)驗(yàn)初始與結(jié)束溫度分別由T0、T表示。

每個(gè)試樣采取兩次平行試驗(yàn)，針對(duì)不同試樣的收縮試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，經(jīng)過試驗(yàn)后，普通瀝青混凝土溫縮系數(shù)平均值達(dá)到11.87×10-6 ℃，而改性后的試樣最高溫縮系數(shù)平均值僅為6.64×10-6 ℃，最低僅有3.89×10-6℃，說(shuō)明改性后的試樣溫縮系數(shù)相對(duì)較低，能夠盡可能避免試樣出現(xiàn)溫縮現(xiàn)象。

分析不同溫度下各種試樣的溫縮應(yīng)變與溫縮系數(shù)平均值，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，通過橡膠對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行改性，可以保障材料不受冷縮影響，使瀝青混凝土在不同溫度下保持較好的穩(wěn)定性。

2.2 膨脹特性分析

2.2.1 熱膨脹率分析

研究不同養(yǎng)護(hù)溫度（20 ℃、40 ℃）對(duì)瀝青混凝土膨脹性能的影響，同時(shí)分析不同瀝青混凝土的熱學(xué)性能。在20 ℃環(huán)境中，不同齡期下各種試樣的膨脹系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表4、下頁(yè)圖2所示。

由表4與圖2可知，普通瀝青混凝土在20 ℃下隨著齡期增大無(wú)法保障自身穩(wěn)定性，而采用橡膠改性后的瀝青混凝土可以在不同齡期下有效維持原狀。

在40 ℃環(huán)境中，不同齡期下各種試樣的膨脹系數(shù)試驗(yàn)分析結(jié)果如表5、圖3所示。

由表5與圖3可知，30%摻量改性瀝青混凝土始終維持較低的膨脹系數(shù)，這說(shuō)明通過橡膠改性后的瀝青混凝土具有更好的穩(wěn)定性。

2.2.2 高溫穩(wěn)定性分析

采用馬歇爾試驗(yàn)與車轍試驗(yàn)驗(yàn)證瀝青混凝土材料的高溫穩(wěn)定性。

通過馬歇爾試驗(yàn)分析不同試樣高溫特性，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，采用橡膠改性后的瀝青混凝土最佳油石比最高達(dá)到5.6%，說(shuō)明采用橡膠改性后的瀝青混凝土具有較高飽和度，改性后的瀝青混凝土更加密實(shí)。

車轍試驗(yàn)是一種通過模擬現(xiàn)實(shí)車輛載荷在路面中行走造成車轍痕跡的方法，實(shí)質(zhì)上是觀測(cè)車輪在試樣上反復(fù)行走時(shí)試樣的變化情況，通常分析動(dòng)穩(wěn)定度或車轍深度試驗(yàn)結(jié)果。采用輪碾法，將試樣碾壓成為300 mm×300 mm×50 mm的板塊狀，并將板塊放置在室溫下養(yǎng)護(hù)12 h以上，之后放置在60 ℃溫度中保溫6 h，再進(jìn)行分析試驗(yàn)。在試驗(yàn)時(shí)，車輪行走方向和試樣成型時(shí)的碾壓方向完全相同，經(jīng)60 min測(cè)試后完成試驗(yàn)。通過公式（2）可對(duì)試樣的動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行計(jì)算：

DS=42×15d60-d45 （2）

式中，DS表示動(dòng)穩(wěn)定度；試驗(yàn)時(shí)間在60 min、45 min時(shí)的變形量分別由d60、d45表示。

不僅可以通過動(dòng)穩(wěn)定度分析試樣的高溫穩(wěn)定性，還可以通過試樣相對(duì)變形分析實(shí)現(xiàn)。試樣相對(duì)變形是指在相應(yīng)作用時(shí)間、次數(shù)下，試樣的變形與試樣總厚度的比值，通常根據(jù)試驗(yàn)60 min后的車轍深度計(jì)算試樣相對(duì)變形，具體采用公式（3）進(jìn)行計(jì)算：

δ=Δll （3）

式中：相對(duì)變形由δ表示；當(dāng)完成試驗(yàn)時(shí)試樣在厚度方向的總變形由Δl表示；試樣厚度由l表示。

將不同車轍試驗(yàn)指標(biāo)的分析情況通過表7表示。

由表7可知，在不同變形量與相對(duì)變形量下，普通瀝青混凝土的變形情況較大，而改性后的瀝青混凝土僅會(huì)出現(xiàn)較小幅度的變形。由此可知，采用橡膠改性后的瀝青混凝土具有較強(qiáng)的抗車轍能力，且具備較高的高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究高速公路主線4 cm AC-13C改性瀝青混凝土路面脹縮特性，制備不同橡膠摻量的改性瀝青混凝土，并制備未改性的普通混凝土，將兩者進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析不同瀝青混凝土的收縮與膨脹特性，實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土的全面分析與對(duì)比。在未來(lái)研究過程中，可繼續(xù)對(duì)本文制備的混凝土添加材料，使該材料的路用性能更好。

參考文獻(xiàn)

［1］張 琛，許 輝，尚為公，等.微納米磚混凝土垃圾改性瀝青及其混合料路用性能研究［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，60（1）：53-61.

［2］王知樂.硬質(zhì)瀝青與巖瀝青改性瀝青高模量混合料路用性能對(duì)比試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2019，49（5）：121-125.

［3］胡 毅，陳虹宇，翟全磊，等.季凍區(qū)橡膠改性瀝青性能研究［J］.施工技術(shù)，2019，48（23）：71-76.

［4］陳 寶，樊振通，張長(zhǎng)林，等.SMA瀝青混凝土橋面鋪裝材料的應(yīng)用與研究進(jìn)展［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2019，36（7）：35-40.

［5］潘友強(qiáng)，張志祥，徐肖龍.復(fù)合澆注式鋼橋面瀝青鋪裝的路用性能［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2019，36（4）：85-89，111.

［6］雷 斌，葉 挺，李 海，等.改性再生骨料瀝青混凝土的路用性能試驗(yàn)研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2019，38（3）：829-833.

［7］馮新軍，解明衛(wèi).再生聚苯乙烯摻配改性劑對(duì)瀝青混合料性能的影響分析［J］.中外公路，2020，40（4）：234-239.

［8］張恒龍，賀求生.鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青柔韌性改善方法研究進(jìn)展［J］.公路交通科技，2021，38（5）：52-64.

收稿日期：2022-11-01