溫度對瀝青混合料抗車轍性能影響的試驗分析

李媛媛

（江蘇省交通技師學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 瀝青路面車轍的成因及分類

車轍是公路瀝青路面的主要病害之一，它直接關(guān)系到路面行駛的穩(wěn)定性和安全性。分析和研究可知，車轍是瀝青路面結(jié)構(gòu)層和土基在車輛荷載作用下發(fā)生側(cè)向位移所形成的永久形變。根據(jù)瀝青路面車轍形成的原因，車轍類型主要有三種：（1）結(jié)構(gòu)型車轍。由于瀝青路面基層和路基的強度較弱，在車輛荷載的作用下，瀝青路面基層和路基會發(fā)生變形，形成結(jié)構(gòu)型車轍。其主要特征是車轍寬度偏大，且兩側(cè)無隆起，橫斷面呈U字形。（2）失穩(wěn)型車轍。在高溫環(huán)境下，瀝青混合料的荷載應力超過其本身的穩(wěn)定應力極限，從而發(fā)生流動變形，并長期累積形成車轍。（3）磨耗性車轍。瀝青路面材料受到車輛磨耗或自然環(huán)境等相關(guān)因素的磨蝕，特別是冬季車輛配置的埋釘輪胎，更易引發(fā)磨耗性車轍。

瀝青路面車轍直接影響道路行車安全，同時，也破壞路面功能，如路面排水功能，車轍導致路面結(jié)構(gòu)變形，引發(fā)路面空隙特征發(fā)生變化，從而嚴重影響路面滲透排水性能，因此，分析瀝青路面抗車轍性能具有重要意義。

2 原材料及分析方法

為進一步分析溫度變化與瀝青混合料自身抗車轍性能變化的規(guī)律，本文選取不同的瀝青混合料，并設(shè)定不同溫度條件對其抗車轍性能進行試驗，最后，歸納總結(jié)出瀝青混合料的動穩(wěn)定與溫度變化的相關(guān)規(guī)律，為瀝青路面施工提供參考依據(jù)。

2.1 原材料

主要選取AC-13、Sup-13、OGFC-13三種類型瀝青混合料，采用對照試驗的形式，不同類型瀝青混合料均選用同一類型的集料和瀝青。

2.1.1 集料

瀝青混合料中集料選用的是天然集料，即不同粒徑的玄武巖，有關(guān)技術(shù)指標見表1。

表1 不同粒徑玄武巖技術(shù)指標

2.1.2 瀝青

OGFC瀝青混合料呈現(xiàn)骨架空隙型結(jié)構(gòu)，對結(jié)合料技術(shù)提出了極高的要求，因此，應在基質(zhì)瀝青中摻入高黏改性劑。本文采用的基質(zhì)瀝青類型是70#瀝青，同時摻入10%的高黏改性劑,可有效制備TPS高黏改性瀝青。

制備TPS高黏改性瀝青的具體方法如下：①先加熱基質(zhì)瀝青，當基質(zhì)瀝青處于普通瀝青階段，加熱溫度需提高至180℃；基質(zhì)瀝青處于改性瀝青階段，加熱溫度需提高至190℃。再摻入10%的高黏改性劑，然后用玻璃棒攪拌均勻。②選擇容器盛入試樣，并置于高速剪切機下，溫度嚴格控制在180℃～ 150℃之間，改性瀝青需控制在185℃～ 200℃之間，剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)至3 500轉(zhuǎn)/min，剪切時間為30min。③將制好的改性瀝青放入180℃烤箱內(nèi)，烘烤時間約20min。

以瀝青黏結(jié)料為基本對象，對其加入TPS高黏改性劑前、后進行性能檢測。加入TPS高黏改性劑前瀝青黏結(jié)料（基質(zhì)瀝青）性能指標見表2，加入TPS高黏改性劑后高黏度瀝青黏結(jié)料性能指標見表3。

表2 基質(zhì)瀝青各項性能指標檢測數(shù)據(jù)

表3 TPS改性高黏度瀝青各項性能指標檢測數(shù)據(jù)

2.1.3 纖維

選用木質(zhì)素纖維，具體技術(shù)性能指標檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4 木質(zhì)素纖維各項技術(shù)性能檢測數(shù)據(jù)

2.1.4 填料

選用的填料是石灰?guī)r礦粉，具體技術(shù)性能指標檢測數(shù)據(jù)見表5。

表5 石灰?guī)r礦粉各項技術(shù)性能指標檢測數(shù)據(jù)

2.2 級配

三種瀝青混合料級配具體情況見表6。

表6 三種瀝青混合料級配具體數(shù)據(jù)

2.3 試驗方法

將試驗的溫度條件分別設(shè)為45℃、60℃和75℃，進行三種瀝青混合料車轍試驗。具體步驟如下：將制作成型的瀝青混合料放置48h，然后通過車轍試驗儀進行試驗，將恒溫箱的溫度分別設(shè)為45℃、60℃和75℃，預熱時間為5h。膠輪碾壓速度控制在42次/min，試驗時間為1h。

采用動穩(wěn)定度方式對車轍試驗數(shù)據(jù)進行評價，計算公式為：

其中：DS代表動穩(wěn)定度（次/mm）；d1代表荷載作用t1永久變形（mm）；d2代表荷載作用t2永久變形（mm）；C1代表車轍試驗儀（曲柄連桿驅(qū)動）修正系數(shù)，行走模式為1.0，鏈驅(qū)動為1.5，本次試驗選擇1.0；C2代表試件系數(shù)，其中寬度為300mm的試件選擇1.0，寬度為150mm的試件選擇 0.8；t1是 45min，t2是 60min。

3 結(jié)果分析

對45℃、60℃、75℃條件下三種瀝青混合料的動穩(wěn)定度進行分別計算，數(shù)據(jù)結(jié)果見表7。

表7 45℃、60℃、75℃下三種瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗計算結(jié)果

由表7可知，隨著溫度的不斷升高，三種瀝青混合料的動穩(wěn)定度均呈下降趨勢，且有一定的規(guī)律性。其根本原因在于瀝青材料具有熱敏性，溫度的升高將進一步提高瀝青的流動性，在受到荷載作用后，集料易發(fā)生移位，從而形成車轍。因此，通過分析試驗結(jié)果可知，溫度對瀝青混合料抗車轍性能影響較大。

4 結(jié)語

試驗結(jié)果表明，當瀝青混合料的溫度由45℃提高到75℃時，其動穩(wěn)定度的降低率超過了98%。由此可見，溫度升高到一定程度后，瀝青混合料的抗車轍性能將發(fā)生較大變化。對于瀝青路面工程施工，應充分重視瀝青混合料的特性，有效控制瀝青路面車轍病害，確保道路行車安全。