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作者：鄭曉敏

    根據(jù)路面的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，瀝青路面最大剪應(yīng)力位于中、下面層，中面層在車(chē)轍方面的貢獻(xiàn)率約在60%，因此，提高中下面層瀝青混凝土的抗車(chē)轍能力能夠有效減小瀝青路面車(chē)轍病害。本文結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)體工程，對(duì)車(chē)轍形成機(jī)理及影響因素進(jìn)行分析；從瀝青膠結(jié)料及級(jí)配方面著手，對(duì)高抗車(chē)轍瀝青混合料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行研究。

1車(chē)轍形成機(jī)理及影響因素分析

1.1  瀝青路面車(chē)轍形成機(jī)理

    車(chē)轍的形成及發(fā)展主要分為3個(gè)階段：開(kāi)始的壓密過(guò)程、穩(wěn)定壓密及剪切流動(dòng)變形。當(dāng)瀝青路面達(dá)到規(guī)定壓實(shí)度要求時(shí)，剪切流動(dòng)變形是引發(fā)車(chē)轍病害的主要原因，提高瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)性能及瀝青膠結(jié)料性能是改善其抗車(chē)轍性能的關(guān)鍵因素。

1.2瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響因素

    (1)集料性質(zhì)。集料性質(zhì)尤其是骨料的正片狀含量、集料與瀝青的粘附性等指標(biāo)是影響瀝青混合料的重要因素。棱角性良好的集料間能夠形成較強(qiáng)的嵌擠力，提高混合料的整體強(qiáng)度，改善混合料的抗車(chē)轍性能。

    (2)級(jí)配。研究表明，瀝青混合料的抗車(chē)轍性能60%取決于集料間的嵌擠作用，因此必須選擇合理的礦料級(jí)配，構(gòu)成緊密嵌擠型瀝青混合料。級(jí)配過(guò)粗將增大混合料孔隙率，使嵌擠能力降低，導(dǎo)致礦料間的穩(wěn)定性下降，最終表現(xiàn)為動(dòng)穩(wěn)定度降低，抗車(chē)轍性能較差；同時(shí)還會(huì)降低混合料抗?jié)B水性能，引發(fā)水毀病害。過(guò)細(xì)則會(huì)降低粗骨料含量，細(xì)料粉料較多，導(dǎo)致混合料形成懸浮結(jié)構(gòu)，最終也會(huì)降低混合料動(dòng)穩(wěn)定度與抗車(chē)轍性能。

    (3)瀝青膠結(jié)料種類(lèi)及用量。瀝青膠結(jié)料的性能是決定瀝青混合料抗車(chē)轍性能的關(guān)鍵因素。高軟化點(diǎn)、高粘度能保證瀝青膠結(jié)料具有良好的高溫性能，因此，選擇此類(lèi)瀝青拌制而成的瀝青混合料通常具有良好的抗車(chē)轍性能；但為了保證混合料具有良好的抗裂性能，還要求瀝青具有較大的針入度。其次瀝青用量也是重要影響因素之一，瀝青用量過(guò)大會(huì)使過(guò)多的瀝青處于游離狀態(tài)，降低集料間的內(nèi)摩擦力；用量過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致集料表面瀝青膜太薄，礦料間粘聚力降低。

2  高抗車(chē)轍瀝青混合料設(shè)計(jì)方法研究

2.1  瀝青膠結(jié)料的選擇

    目前國(guó)內(nèi)外通常通過(guò)采用改性瀝青的方法來(lái)提高高溫性能，從而改善瀝青混合料的抗車(chē)轍性能，其中SBS改性劑、巖瀝青、橡膠瀝青是最為常用的添加劑。SBS改性劑能夠使瀝青韌性提高、軟化點(diǎn)上升、滲透性降低、高溫下的流動(dòng)傾向減弱，還能提高瀝青的剛性、拉伸強(qiáng)度、延性，以及回彈性；而巖瀝青能夠改善瀝青與集料的粘附性，具有良好的抗剝落性能。因此，本文選用SBS改性劑與巖瀝青對(duì)70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性以形成高粘、高彈、高延的復(fù)合改性瀝青。其中巖瀝青摻量為8%，SBS改性劑摻量為2%，復(fù)合改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

    由表1可見(jiàn)，復(fù)合改性瀝青具有較高的軟化點(diǎn)和較大的延度，說(shuō)明高溫性能及延展性良好。

2.2級(jí)配范圍的確定

    目前國(guó)內(nèi)通常采用AC-20型瀝青混合料鋪筑中面層，配合比設(shè)計(jì)多參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中級(jí)配范圍進(jìn)行級(jí)配選擇，然后通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比。本文綜合考慮Superpave設(shè)計(jì)中禁區(qū)和控制點(diǎn)的要求，并結(jié)合AC-20級(jí)配要求，要求級(jí)配曲線通過(guò)AC-20級(jí)配下限與禁區(qū)下限，以形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，又具有合適的空隙率，達(dá)到抗車(chē)轍和抗水害的雙重目的。推薦級(jí)配范圍見(jiàn)表2。

3  混合料設(shè)計(jì)及性能研究

3.1  配合比設(shè)計(jì)

    (l)級(jí)配的確定。選用石灰?guī)r進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，借鑒Superpave技術(shù)成果，在上述推薦級(jí)配范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制4. 75 mm關(guān)鍵篩孔與1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率，并根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定合理的礦粉用量，保證混合料級(jí)配曲線成S型，從而確保瀝青混合料形成骨架密實(shí)性與均勻性。

    根據(jù)上述分析，將關(guān)鍵篩孑L 4. 75 mm通過(guò)率控制在下限與中值之間即為26%～41%；1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔為9.5 mm，控制在中值與上限之間即為61%～72%；礦粉用量控制在3%～7%。從麗獲得高抗車(chē)轍AC-20瀝青混合料級(jí)配，見(jiàn)表3，級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

    (2)油石比的確定。采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定高抗車(chē)轍瀝青混合料的油石比，初選3. 7%，4. 0%，4.3%，4.6%，4.9%5個(gè)油石比成型標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試件，測(cè)定其體積參數(shù)、穩(wěn)定度及流值，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

    根據(jù)表4的試驗(yàn)結(jié)果，取毛體積密度與穩(wěn)定度最大值、孔隙率與瀝青飽和度中值所對(duì)應(yīng)油石比的平均值作為OAC,，即OAC1為4.4%；然后確定同時(shí)滿足空隙率、飽和度、穩(wěn)定度、流值技術(shù)要求的油石比區(qū)間，取區(qū)間的OACmin值與OACmax值的平均值作為OAC,，即OAC2=(OACmin+OACmax )/2=(4.15%+4.8%)/2=4.5%；根據(jù)上述結(jié)果最終得出最佳油石比OAC為4. 45%。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，推薦施工時(shí)采用

4. 4%。

3.2性能研究

    按4. 4%的油石比成型試件，并采用相同的級(jí)配拌制基質(zhì)瀝青混合料，與復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析。

    (1)水穩(wěn)定性。采用凍融劈裂試驗(yàn)與浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)高抗車(chē)轍AC-20瀝青混合料的水穩(wěn)定性，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比必須滿足規(guī)范中85%和80%的要求，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

    根據(jù)上述結(jié)果知道，高抗車(chē)轍瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度高達(dá)93%，凍融劈裂強(qiáng)度比接近90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通瀝青混合料，且高抗車(chē)轍瀝青混合料具有較大的馬歇爾穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度。這說(shuō)明高抗車(chē)轍瀝青混合料的力學(xué)性能更好，水穩(wěn)性更優(yōu)。這主要是因?yàn)閺?fù)合改性瀝青粘度大，與集料粘附性較好，抗剝落性能較優(yōu)，

    (2)高溫性能。采用輪碾成型機(jī)碾壓成型尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的車(chē)轍板，養(yǎng)生48 h后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60℃，時(shí)間為60 min，試驗(yàn)輪壓與標(biāo)準(zhǔn)軸載一致，為0.7MPa。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

    由表6可見(jiàn)，高抗車(chē)轍瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)高達(dá)9 858次/mm，是普通瀝青混合料的5倍左右；而相同級(jí)配下普通瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度也達(dá)到1 774次/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范不低于800次/mm的要求。這主要是因?yàn)樵摷?jí)配為骨架密實(shí)型級(jí)配，骨料之間具有良好的骨架嵌擠作用，混合料強(qiáng)度較高；而符合改性瀝青的軟化點(diǎn)較高，針入度較小，具有良好的高溫性能，因此，高抗車(chē)轍瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通瀝青混合料。

4  實(shí)體工程應(yīng)用

    將上述級(jí)配及油石比的高抗車(chē)轍瀝青混合料應(yīng)用于某實(shí)體工程，研究其工程可行性。該道路為港區(qū)重載公路，重車(chē)比重大，集卡比例高，因此需要提高瀝青路面的抗車(chē)轍性能。施工結(jié)束后對(duì)瀝青路面的壓實(shí)度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度及抗滑擺值進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。

    由表7可見(jiàn)，高抗車(chē)轍瀝青}昆合料實(shí)體工程的壓實(shí)度能夠得到較好保證，滲水系數(shù)、構(gòu)造深度及抗滑擺值都能夠滿足規(guī)范要求。這說(shuō)明混合料施工質(zhì)量易于控制，且具有良好的路表性能。

    對(duì)該路段的車(chē)轍深度進(jìn)行跟蹤觀察，并進(jìn)行鉆心取樣測(cè)試上、下面層厚度，評(píng)價(jià)混合料的抗車(chē)轍性能。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

    從表8中工后1年與工后的面層厚度差值可以計(jì)算得出，經(jīng)過(guò)1年的車(chē)輛荷載作用，上面層的壓密變形為6．O mm，占該路段平均車(chē)轍深度(8.2 mm)的70%以上；下面層壓密變形僅為2.1mm，說(shuō)明下面層混合料具有良好的抗車(chē)轍性能。

5結(jié)語(yǔ)

車(chē)轍的形成及發(fā)展主要分為開(kāi)始的壓密過(guò)程、穩(wěn)定壓密及剪切流動(dòng)變形3個(gè)階段；集料、瀝青、級(jí)配、油石比等是影響瀝青混合料抗車(chē)轍性能的主要因素，其中瀝青的粘結(jié)力和礦料顆粒之間的嵌擠力起著決定性作用。本文采用8%的巖瀝青和2%的SBS改性劑配置復(fù)合改性瀝青；借鑒Superpave技術(shù)成果，提出高抗車(chē)轍改性瀝青混合料的級(jí)配范圍；嚴(yán)格控制4. 75 mm關(guān)鍵篩孔與1／2最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率及礦粉用量，設(shè)計(jì)成S形級(jí)配曲線，從而確保瀝青混合料形成骨架密實(shí)性與均勻性。室內(nèi)試驗(yàn)與工程實(shí)踐表明，高抗車(chē)轍瀝青混合料施工質(zhì)量易于控制，且具有良好的路用性能。

6摘要

集料、瀝青、級(jí)配、油石比等是影響瀝青混合料抗車(chē)轍性能的主要因素，其中瀝青的粘聚力和礦料顆粒之間的嵌擠力起著決定性作用。文中采用8%的巖瀝青和2%的SBS改性劑配置復(fù)合改性瀝青，借鑒Superpave技術(shù)成果，提出高抗車(chē)轍瀝青混合料的級(jí)配范圍；采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定最佳油石比。研究表明，高抗車(chē)轍瀝青混合料施工質(zhì)量易于控制，且具有良好的路用性能。