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理及其在路面抗車轍性能改進方面的作用等，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
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)標準，施工企業(yè)在參與項目建設(shè)的過程中，必須嚴格開展相應(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遠高于常規(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的重要依據(jù)。
3天然巖瀝青改性劑作用機理
3.1改性瀝青機理
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鏈，比如，羧基、羰基、醛、萘等。這些有機鏈的存在可以有效使得石油瀝青中的活性基團交聯(lián)聚合起來，當在常規(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理。具體來說，當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，構(gòu)成了強大的界面力，這在一定程度上能夠避免石料在強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，當處于標準軸載作用時，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)達到106以后，車轍深度增速非?？?，這主要是路面結(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遠小于常規(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，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，當瀝青路面受到極大的外部荷載作用力下，極易引起嚴重的車轍變形現(xiàn)象【4】。當累計軸載作用為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】
【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].華東交通大學學報,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)學院資產(chǎn)管理公司
