高速公路车辙处理中高模量沥青混凝土的应用

李志伟

(中交一公局集团海外分公司，北京 100000)

1 工程概况

吉布提塔朱拉港口连接线项目处于塔朱拉市，主要承担塔朱拉港口货物运输和人员流通的功能，是塔朱拉11号国道通向塔朱拉港口的关键道路。该连接线设计路面结构的总厚度为44 cm，细分组成有：4 cm沥青混凝土磨耗层+6 cm高模量沥青混凝土中间层+14 cm高模量沥青稳定碎石基层+20 cm粒料底基层。

2 高模量沥青胶结料的概述及性能优化途径

2.1 概况

高模量沥青胶结料对温度较为敏感，高温环境中具有较明显的流体特性，低温环境中有显著的弹性体特性，因此需要提高材料对温度的适应能力，避免高温车辙以及低温开裂问题。实践表明，高模量沥青胶结料具有可行性，其在解决车辙问题方面的应用效果较佳，将其应用于沥青混合料中，可以显著改善混合料的综合性能，为沥青路面质量的提升提供更多的可能。

2.2 高模量沥青胶结料的性能优化途径

(1)采用低标号的沥青，针入度需在25以内。

(2)掺入适量的外加剂，较为可行的有胶粉以及聚乙烯等，其在提高混合料综合性能方面具有突出的优势。

(3)掺入适量的天然沥青岩或湖沥青，其应用特点在于可以提高混合料对高温的适应性水平，即具有较突出的高温性能，有效规避高温对沥青路面所造成的不良影响。

3 高模量沥青混合料的配合比设计

3.1 矿料级配

调查结果显示，车辙病害的高发区域为路面的中间层，选取的是AC-20的矿料级配，通过此方法提高路面的高温抗车辙能力，使其适应高温环境。

3.2 马歇尔参数

高模量沥青混合料对拌和工艺提出较高的要求，需要具有较高的拌和温度，按照常规的方法拌和，时间不足而影响材料混合的均匀性。对此，需要兼顾拌和温度和时间两方面要求，适当提高拌和温度并延长拌和时间。经马歇尔试验后，确定关键的控制指标，例如稳定度、流值等，在此基础上进一步得到合适的油石比以及级配组合，为高模量沥青混合料的制备提供参考依据。

4 高模量沥青混合料的性能分析

4.1 高温稳定性

高温环境中，若沥青混合料的适应能力不足，则容易由于高温环境而产生病害，此类病害的类型较多，其中以车辙病害较为典型。在针对沥青混合料的高温稳定性分析中，可行的方法有车辙试验、加速加载试验等，相比之下以60 ℃环境下的车辙试验应用更为广泛。

(1)车辙试验分析

动稳定度是车辙试验中的重点考虑指标，其反映的是车辙病害达到相对稳定状态的斜率，能够有效地用于呈现车辙的发展情况。为更加准确地分析，业内人士提出综合稳定指数，其涵盖了初期的压密和固结蠕变两个关键的方面，能够提供更具价值的参考内容，以提高车辙试验结果的准确性。

(2)车辙试验方法

车辙试验得以顺利开展的必要前提在于制作车辙试件，将其转至60 ℃的环境中予以养护；待时间满足要求后，利用0.7 mp(轮压)的实心轮运行；经1 h的操作后，系统根据期间测定的数据展开计算，以自动化的方式得到动稳定度(ds，次/mm)，关于具体的计算方法，如下

ds=(t1-t2)×n/(d2-d1)

式中：d1-t1时的变形量(mm)；d2-t2时的变形量(mm)；碾压速度，取42次/min。

经试验后，汇总结果，具体内容如表1所示。

表1 动稳定度试验结果

结合表1内容展开分析，可以发现高模量沥青混合料在高温抗车辙性能方面具有较好的表现，在温度相对较高的环境具有适用性，有利于降低高温环境中车辙病害的发生概率。

4.2 低温抗裂性

低温环境主要发生在冬季，此时沥青路面易形成低温应力，若材料的低温抗裂性能不足，则容易出现低温开裂的情况，由此产生渗漏水通道，遇降雨天气时，雨水经由开裂部位向下渗透，逐步进入路面内部结构中，随时间的延长而造成更为严重的水损坏，此时路面的整体强度有下降的变化趋势，难以满足车辆通行要求。因此，除了前述所提的高温性能外，低温环境中的抗裂性能也是重点考虑因素。换言之，高模量沥青混合料需同时满足高温和低温两种极端条件下的稳定性要求，否则均容易影响路面结构的整体质量。

(1)小梁低温试验方法

按规范制作车辙试件，启用切割机，对该部分予以切割处理，由此形成尺寸为250 mm×30 mm×200 mm的小梁试件，将该部分转移至-10 ℃的低温环境中养护。经试验后，测定抗弯拉强度和破坏弯拉应变，同时需考虑到弯曲劲度模量(破坏状态下)和弯曲应变能(临界状态下)，通过对多项指标的综合考虑，对混合料的低温抗裂性能做出客观的评价。关于具体的试验内容，如表2所示。

表2 低温试验结果

结合表2内容展开分析，可以发现高模量沥青混合料在低温性能方面具有较好的表现，在温度相对较低的环境具有适用性，有利于降低低温环境中开裂病害的发生概率。

4.3 水稳定性

高速公路沥青路面使用过程中，若遇到持续性的降雨或降雪天气，聚集在路表的水体将逐步增多，并有部分水分停留在路面内部，加之行车荷载的持续作用，水的运动更为剧烈(在内部空隙中发生往复的运动)。在此条件下，若沥青与集料间缺乏足够的粘附性，容易破坏沥青膜的稳定性，使其从集料表面冲刷下来，逐步发展为坑槽，而坑槽的出现还将加剧水损害，带来一系列的不良影响。因此，在高模量沥青混合料的设计工作中，需要充分考虑到水稳定性的要求。现阶段，应用较为广泛的当属冻融劈裂试验，所得结果在判断沥青混合料的水稳定性方面具有突出的应用优势。

冻融劈裂试验方法。劈裂强度比tsr是关键的评定指标，其在反映混合料水稳定性方面具有重要的参考价值。随着tsr值的增加，水稳定性随之增强。试验中依然需制备马歇尔试件，将其分为两组，按如下流程依次操作。

①制得试件后击实，要求击实次数为双面50次。

②将试件分为两类，其中二组做冻融循环试验，另外一组用于对比分析。

③试件分组后，均对其做真空饱水处理。

④选取试件，将其置入塑料袋内(向其中加入10 ml的水)，再快速将其转至低温箱，箱内温度维持在-18 ℃。

⑤予以16 h的冷冻处理，将试件取出，再转至恒温水槽内(全程温度稳定在60 ℃)，持续24 h。

⑥此后，将试件转至25 ℃的水中，时间需达到2 h或适当延长，此后再取出经过前述一系列处理后的试件，由此组织劈裂试验。

关于具体的试验结果，如表3所示。

表3 tsr试验结果

根据表3内容展开分析，可以发现高模量沥青混合料的水稳定性良好。

4.4 疲劳性能

高速公路沥青路面使用阶段需承受大量车辆荷载的作用，路面受力条件出现变化，加之外部降雨、日晒等多重因素的影响，易导致道路的强度有所降低。久而久之，沥青路面难以有效承担车辆荷载，路面的疲劳破坏程度加剧，相继出现网状裂纹，严重破坏路面的完整性，其承受能力也将大打折扣。若要有效缓解该问题，则需要充分关注沥青混合料的疲劳性能，以合理的方式提高其性能。现阶段，疲劳试验的方法较多，主要可归为如下四类：

(1)标准轴重的汽车，安排其在指定的试验路段上运行，此过程中持续采集路面的数据，根据数据展开分析与判断，明确沥青混合料的疲劳性能。(2)加速加载试验。(3)试板试验法。(4)小型疲劳试验。

相比之下，小型疲劳试验方法的应用更为广泛，其中又以四点或三点梁疲劳试验较为主流。在此类试验方法的应用过程中，配套了相应的高精度仪器，能够以较快的速度完成试验工作，且结果具有准确性，是一种可行性较高的试验方法。

5 结 语

综上所述，高模量沥青混合料在现阶段的高速公路路面施工中取得广泛的应用，是较为典型的材料，其在高温、低温环境中均可以维持相对稳定的使用状态，也具备良好的水稳定性，因此综合应用效果较佳。在工程实践中，有必要组织有关于高模量沥青混凝土的试验工作，用于判断材料的实际性能特点，以合理的方式应用，充分发挥出此类材料的应用优势。