天然巖瀝青路面抗車轍性能分析
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【摘要】近年來，我國道路交通事業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，大多數(shù)瀝青路面在長期的使用過程中，常常會出現(xiàn)車轍病害，不僅影響瀝青路面的使用性能，還縮短其使用壽命，因此，抗車轍性能的改進(jìn)是瀝青路面施工時關(guān)注的首要問題。論文重點探析天然巖瀝青改性劑作用機(jī)理及其在路面抗車轍性能改進(jìn)方面的作用等，對于實際的瀝青路面施工具有重要的指導(dǎo)價值。
1引言
隨著我國城市化的快速發(fā)展，大量人口的轉(zhuǎn)移使得公路交通面臨著巨大的交通壓力，超載、重載已成為很多公路工程存在的突出難題，如果這些問題長期得不到有效的處理，將會加劇瀝青路面的車轍和老化問題。根據(jù)相關(guān)研究，提高瀝青混合料的模量能夠有效應(yīng)對車轍難題，使得瀝青路面具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。
2天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青性能評價
2.1常規(guī)指標(biāo)
根據(jù)公路工程領(lǐng)域的瀝青與瀝青混合料應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，施工企業(yè)在參與項目建設(shè)的過程中，必須嚴(yán)格開展相應(yīng)的檢測，根據(jù)相應(yīng)的檢測結(jié)果，天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青的軟化點要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的改性瀝青【1】。這也從側(cè)面驗證了天然巖瀝青改性瀝青的使用可以改變?yōu)r青混合料的高溫性能。
2.2性能分級
根據(jù)瀝青膠結(jié)料的性能分級規(guī)范，在實際的施工過程中，施工企業(yè)必須要對天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青開展PG分級試驗，最終根據(jù)分級試驗的最終結(jié)果，來實現(xiàn)對該材料的有效應(yīng)用，使得各分級試驗結(jié)果可以作為瀝青路面抗車轍性能改進(jìn)的重要依據(jù)。
3天然巖瀝青改性劑作用機(jī)理
3.1改性瀝青機(jī)理
天然巖瀝青屬于一種比較特殊的瀝青材料，從該種材料的形成過程來看，天然巖瀝青為瀝青基屬，從其構(gòu)成來看，其中包含了多種有機(jī)鏈，比如，羧基、羰基、醛、萘等。這些有機(jī)鏈的存在可以有效使得石油瀝青中的活性基團(tuán)交聯(lián)聚合起來，當(dāng)在常規(guī)的瀝青材料中摻入一定量的天然巖瀝青以后，原有瀝青分子的排列方式和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)必將發(fā)生改變，也就使得瀝青的內(nèi)聚力與抗拉斷力大大提升，其中，最為突出的表現(xiàn)就是改性瀝青的組分比例較之原來存在著明顯的不同，在此情況下，瀝青性能也必將有所變化【2】。
3.2界面改性機(jī)理
天然巖瀝青在實際的施工應(yīng)用過程中同樣存在著界面改性機(jī)理。具體來說，當(dāng)將天然巖瀝青與熱骨料干拌時，部分外摻劑會在此過程中逐步融化和變軟，進(jìn)而局部裹在石料的表面。隨后，將一定量的熱瀝青加入其中開展再次的攪拌作業(yè)，在攪拌過程中瀝青膜會直接與骨料表面所存在的外摻劑軟化膜接觸。這種直接接觸作用下，石料與瀝青界面所存在的瀝青料與軟化外加劑會發(fā)生相互的滲透作用。這種滲透作用使得瀝青膜局部得以增強(qiáng)，構(gòu)成了強(qiáng)大的界面力，這在一定程度上能夠避免石料在強(qiáng)大的外力作用下在界面之間的移動。
3.3變形恢復(fù)作用
天然巖瀝青改性劑中存在部分的彈性成分，當(dāng)在施工過程中處于高溫環(huán)境時，這些彈性成分的存在會使得瀝青材料具有一定的變形恢復(fù)功能。這一功能的存在一定程度上可以大大提升瀝青路面的抗變形能力。普通的瀝青混合料中添加一定的巖瀝青改性劑，提高了瀝青混凝土的模量。這一改變可以使得瀝青路面的性能得以優(yōu)化，即使在較大的車輛車載作用下，瀝青混合土的應(yīng)變也相對較小，對瀝青混凝土的不可恢復(fù)殘余變形起到了重要的控制作用，對于延緩車轍出現(xiàn)具有重要的意義，瀝青路面的使用年限也會有所延長【3】。
4天然巖瀝青改性瀝青路面的抗車轍性能有限元分析
天然巖瀝青改性劑在瀝青路面中的應(yīng)用可以提升路面的抗車轍性能，在當(dāng)前的公路工程項目中，瀝青路面非常常見，隨著公路交通通行量的增加，如果要保持瀝青路面良好的使用性能，就必須要保障路面的高溫穩(wěn)定性。以某公路工程為例，此工程中的面層為巖瀝青改性瀝青膠結(jié)料，摻量為8%，此路面結(jié)構(gòu)A和B分別為巖瀝青改性瀝青路段、普通路段，將這些路面結(jié)構(gòu)開展二維有限元分析，分析在同樣的溫度、軸載作用條件下，巖瀝青改性劑對抗車轍性能的直接影響。
4.1軸載作用次數(shù)的影響
在公路工程項目中，交通通行量對瀝青路面的車轍病害有著直接的影響。根據(jù)相關(guān)研究，車轍變形與累計當(dāng)量軸次之間為正相關(guān)關(guān)系，二者同向變化。以40℃改性瀝青與基質(zhì)瀝青混合料的材料參數(shù)作為研究對象，當(dāng)處于標(biāo)準(zhǔn)軸載作用時，其路面結(jié)構(gòu)車軸變形的變化如圖1所示。如圖1所示，在軸載次數(shù)逐步增加的過程中，路面結(jié)構(gòu)A和B的車轍深度都隨之呈現(xiàn)出明顯的增大趨勢。從其增大趨勢的分布圖來看，在軸載次數(shù)在104之前，其車轍深度的增速非常緩慢，而在后續(xù)軸載系數(shù)達(dá)到106以后，車轍深度增速非?？欤@主要是路面結(jié)構(gòu)A中使用了一定的巖瀝青改性瀝青。這種材料的使用在一定程度上提升了路面的抗車轍變形能力，因而也就使其車轍深度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)路面的車轍深度。
4.2溫度的影響
瀝青混合料是一種比較特殊的材料，其本身的吸熱能力較強(qiáng)，在炎熱的夏季，瀝青混合料材料的特殊性質(zhì)使得在此類路面周邊會形成強(qiáng)大的溫度場，而此溫度場在形成以后，可以使得瀝青路面在很長的一段時間內(nèi)可以維持在高溫條件下，當(dāng)瀝青路面受到極大的外部荷載作用力下，極易引起嚴(yán)重的車轍變形現(xiàn)象【4】。當(dāng)累計軸載作用為106時，溫度處于變化狀態(tài)下時，路面結(jié)構(gòu)A和B的車轍深度如圖2所示。在溫度逐步升高的過程中，瀝青路面也會隨著溫度的增加而出現(xiàn)越來越明顯的永久變形現(xiàn)象。當(dāng)溫度超過40℃時，瀝青路面永久變形量的增速明顯，對比15～40℃、40～60℃這2個溫度區(qū)間的車轍變化，40～60℃車轍現(xiàn)象更為突出，這也從側(cè)面證明了在溫度逐步升高的過程中，瀝青材料本身的抗變形能力也大大降低，因此，在此溫度區(qū)間中的車轍深度相對較大。此外，在同樣的溫度與荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)A中使用的是巖瀝青改性瀝青材料，有效實現(xiàn)了路面抗車轍性能的優(yōu)化。
5結(jié)語
瀝青路面在公路工程中非常常見，在實際的工程建設(shè)施工過程中，車轍病害對路面影響是非常大的，如果要改變?yōu)r青路面的抗車轍性能，工程企業(yè)就需要在施工建設(shè)的過程中，加強(qiáng)對天然巖改性瀝青的使用，使得路面具有更好的抗車轍變形能力。
【參考文獻(xiàn)】
【1】王如先.天然瀝青對道路石油瀝青路用性能的影響研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2018,35(4):21-29.
【2】劉松岸,劉亞飛.聚合物改性天然瀝青溫拌再生混合料設(shè)計方法及其混合性能[J].公路,2018,63(2):217-227.
【3】劉謙.不同天然瀝青的改性效果與路用性能比較[J].低碳世界,2017(23):187-189.
【4】蘭建麗.天然巖瀝青改性瀝青混合料配合比設(shè)計分析[J].山西交通科技,2017(1):24-27.
作者：金雄 單位：云南省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院資產(chǎn)管理公司
