高模量沥青路面在柳州南外环路中的应用研究

摘要：外掺剂作为提升路面材料性能的新型材料越来越多地得到开发和利用。文章以高模量剂为对象进行沥青混合料的研究，分别以不同掺量的高模量剂（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%）加入到沥青混合料中，通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验来评价和分析混合料的高温稳定性、低温抗开裂性及水稳定性，并以柳州南外环路建设为依托进行高模量沥青混合料的实地试验段铺筑应用，通过后期的道路检测表明高模量沥青路面具有较好的路用性能表现。

关键词：高模量剂;沥青混合料;路用性能;工程应用

中图分类号：U416.217文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 017

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0056 - 05

0 引言

沥青路面是我国道路工程的重要组成部分，其较好的行车舒适性、路面平整性和施工周期较短等优势成为其被不断推广应用的主要原因。然而，沥青路面在经过长时间服役后，会产生一些路面病害问题，如车辙、龟裂等。相关研究表明：在已竣工运营2～3年的高速公路上会产生不同轴型程度的车辙病害问题[1 -2]。当车辙病害处于轻度阶段时，会影响行车的舒适性并伴有一定的行车安全风险;当车辙病害处于中高等级阶段时，会直接造成路面的横纵向裂缝，严重情况下会造成大面积的坑槽，影响路面结构的安全和稳定性[3]。

关于路面结构的耐久性问题，国内的相关学者进行了大量研究，肖鹏[4]等学者提出了采用玄武岩纤维外掺的方式来提升沥青路面的高温抗车辙能力，同时还能提升材料的低温抗开裂能力和抗疲劳性能。李刚[5]等学者研究了不同掺量下的路可比材料对沥青混合料的影响，研究表明可以显著改善沥青路面的抗车辙能力。高模量剂[6]是一种聚合物提炼的聚酯材料，作为外掺材料可以应用于道路工程中，改善沥青混合料技术性能的不足。本文针对高模量剂在沥青混合料中的应用进行研究，探究其合适的掺量使用要求和施工工艺，不仅可以提高高模量沥青混合料的研究水平，而且对推动沥青路面技术水平提升具有重要作用。

1 原材料

1.1 集料

研究采用的集料为广西产的石灰岩，粗细集料都符合规定要求。粗细集料的筛分通过率如表1所示。

1.2 填料

研究采用的填料为广西产的石灰岩矿粉，其符合《公路沥青路面施工技术规范》中的标准要求。矿粉质量技术指标如表3所示。

1.3 沥青

研究采用的沥青为SBS改性沥青，其各项性能指标如表4所示。

1.4 高模量剂（PR）

研究试验采用的高模量剂（ PR）由上海道路新材料公司生产，其外表为黑色的颗粒状固体，具有较好的物理力学性能，其技术参数如表5所示。

2 高模量沥青混合料配合比设计

结合试验要求，本研究选定的目标级配为AC -13沥青混合料，其通过率如表6所示。

以0. 4%高模量剂（PR）为例，其混合料的马歇尔试验结果如表7所示，其最佳油石比为5.0%。同理分别确定不同高模量剂掺量下混合料的最佳油石比，结果如表8所示。

3 高模量沥青混合料路用性能

3.1 高温稳定性

试验采用300 mm×300 mm×50 mm试件，选用HDCZ-01- 09A车辙试验机测试，用动稳定度评价高模量沥青混合料的高温性能。试验结果如图1和图2所示。

由图1和图2可知，随着高模量剂掺量的增加，沥青混合料的动稳定度不断增长，但其增长速率却逐渐降低，高模量剂掺量在0.6%、0. 8%和1.0%时，其对应的沥青混合料动稳定度分别是普通沥青混合料的1. 45、1.56和1.62倍。與此同时，随着高模量剂掺量的提升，混合料对应的60 min相对变形也逐渐降低，掺量在0. 4%以上时，沥青混合料的相对变形逐渐趋于平缓。高模量剂是聚合物材料，能够显著提升材料的粘聚特性，提升沥青混合料的整体强度，在一定程度上促使混合料的抗车辙能力得到改善。

3.2 低温抗裂性

本试验在UTM - 25试验机上进行低温弯曲试验，试验温度为-10℃±0.5℃，加载速率为50 mm/min，试验所用试件尺寸为250 mm×30 mm×35 mm棱柱体沥青混合料小梁。试验结果如表9所示。

由表9可知，随着高模量剂掺量的提升，沥青混合料的抗弯拉强度和弯拉劲度模量下降，破坏应变增大。当高模量剂掺量在0.6%、0. 8%和1.0%时，其对应的沥青混合料破坏应变较普通沥青混合料分别提升了33%、36%和38%，说明高模量沥青混合料的低温抗裂性能得到有效提升。

3.3 水稳定性

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混合料的水稳定性，其测试结果如表10～11和图3～4所示。

由表10～11和图3～4可知，随着高模量剂掺量的提升，沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比呈先上升后下降的趋势，但混合料的水稳定性试验结果均满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20 - 2011）中的设计要求。

4 工程应用

柳州南外环路是连接航岭路、门头路和柳石路的一条西东向通道，同时该路与阳和大道、古亭大道等连通成为柳州市外环路的一部分。道路计算行车速度为80 km/h，为城市快速路，快车道为双向六车道。其路面结构如表12所示。

实际工程中，本研究在DKO+ OOO～DK6+ 000路段进行了6 km的高模量沥青路面的铺筑，高模量剂的掺量选择为0. 6%。在道路铺筑完成，车辆运营后，对高模量沥青混合料生产路段300 m的路段进行检测。由于跟踪观测时，路面已经通车，为安全起见，检测主要集中在行车道进行。检测结果如表13所示。

从渗水系数、构造深度和摩擦系数的检测结果来看，高模量沥青路面均满足上面层技术要求，试验路与生产路段检测结果基本一致，表明路面结构具有较强的承载力，路面结构状况良好。

5 结语

本文针对高模量剂对沥青混合料路用性能的影响进行研究，分别选取了6种不同掺量进行沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性研究。研究表明：高模量剂掺量在0. 6%时，混合料的动稳定度较普通沥青混合料提升了45%;低温抗裂性能较普通沥青混合料提升了33%;随着纤维掺量的增加，沥青混合料的水稳定性呈先上升后下降的趋势。研究结合柳州南外环路建设工程进行了6 km的高模量沥青混合料的试验段铺筑，后期检测表明路面使用达到较好效果。

参考文献

[1]常曦.沥青路面常见病害产生原因与防治措施[J].科技经济导刊，201 9，27（10）：71.

[2]田锦鹏.沥青路面抗车辙性能提高对策探析[J].山西建筑，2019，45（10）：140， 258.

[3]吕丽君.沥青路面抗车辙性能提高对策的探析[J].山西建筑，2 019，45（9）：148 - 149.

[4]肖鹏，仲星全，丁春梅，等.玄武岩纤维高模量沥青混合料路面结构优化分析[J].施工技术，2018，47（5）：73 -76.

[5]李刚.路可比改性剂掺量对沥青混合料路用性能影响规律研究[J].中外公路，2018，38（2）：277- 281。

[6]李剑波，肖雷.高模量沥青混合料在高速公路养护工程中的应用分析[J].中国建材科技，2018，27（6）：28 - 29，6.

作者简介：杨波（1978-），高级工程师，硕士，研究方向：道路桥梁工程与职业教育。