河源市鸿图公路勘察设计有限公司
摘要：目前不少山区公路沥青混凝土路面出现早期破坏现象，应当引起相关施工人员及设计人员的高度重视。影响路基工程可靠性与稳定性的因素较多，例如设计厚度、路面结构层选用、路面材料选用等。本文将从沥青混凝土路面的使用性能出发，介绍沥青混合料配合比设计以及高模量抗车辙沥青混凝土等新型材料，对工程实践有一定借鉴价值。
关键词：公路；沥青混凝土；材料；性能
0 前言
我国不少山区公路处于风化水蚀极其严重的区域，容易形成病害隐患，久而久之使路面遭受严重破坏。山区公路沥青混凝土路面常见的问题有基层厚薄不均匀、基层厚度不足、基层压实度不高等施工问题，然而实际工程中沥青混凝土路面材料对路面质量影响大，是当前重点研究问题。下文将结合笔者工程经验首先讨论路面材料的设计方法，进而为工程实践提供参考。
1 路面材料的设计方法
1.1 材料选取
为了应对不少山区公路长年累月超载车较多的情况，应当对沥青混合料进行科学选取，可以针对当地气候特点以及路面使用性能，适当在上面层采用沥青玛蹄脂碎石混合料与改性沥青，并在中间层使用密级配沥青混凝土与改性沥青，结合料的成品为SBS改性沥青，符合美国SHRP的PG76-28标准。
1.2 集料选取
中间层使用石灰岩作为粗集料，并使用玄武岩用于表面层。细集料选择石灰岩石屑，并尽量使其保持干燥与松散状态。
1.3 沥青混合料级配
以往多使用的沥青混合料为密实型的，而且级配曲线通常接近最大密度线，同时级配曲线多越过限制区，进而使得砂用量太多。传统的沥青混合料空隙率小，有较强的抗渗水能力。然而传统沥青混合料表面粗糙度较低，因此表现出较差的耐磨特性，当面对重交通荷载的情况下，可供混合料移动的空间狭窄，导致车辙变形等问题。笔者针对上述问题，曾在某国道建设过程中对路面中间层混合料的级配实现一定调整，从而确保级配曲线经过superpave里的控制点，直接绕过限制区。这种基于先进沥青混凝土技术调整级配之后的混合料的粗集料有更强的嵌挤作用，而且空隙率很小，进而能够满足更高的路面使用要求。目前AC-20I（调）在我国多处沥青混凝土路面中得到应用，其具体级配范围如下表所示。
当根据表1确定了结合料与矿料的级配范围之后，然后采用试配法确定矿料配合比，进而借助于马歇尔试验验证级配合理与否，并得到取得最佳效果的油石比与矿料配合比。
2 变相材料在沥青混凝土路面中的应用
目前山区公路采用的沥青混合料对温度变化敏感，遇到高温时会变软，在较冷环境中会收缩变硬，在热胀冷缩影响下路面极其容易出现车辙或者裂缝。为了解决沥青混凝土路面在环境温度影响下的受损现象，可以采用沥青改性、加纤维等方法，尽管这些方法都一定程度避免环境温度变化对路面的破坏，但是相关病害依然存在。采用变相材料的沥青混凝土路面和混合料的温度变化幅值将会大大降低，从而保证沥青混凝土处于较为温度的温度范围内。
在沥青混合料内加入一定变相材料可以确保沥青混合料的使用性能，在恶劣的环境温度影响下起到调控作用，从而优化沥青混合料力学特性、高温变形能力、耐久性等。为使变相材料有效提高沥青混凝土路面的使用性能，应当严格控制沥青用量、变相材料的用量。
3 高模量沥青混凝土的功能试验研究
要想真正解决山区公路沥青混凝土路面的车辙问题，可以提高混凝土的劲度模量，即高模量沥青混凝土（HMAC）。为了提高沥青混凝土的模量，可以适当选择级配类型以及石料的性质，常见的方法是选择高粘度硬质沥青，使用聚烯烃类的添加剂。下文主要分析添加聚烯烃类添加剂实现的高模量沥青混凝土性质。本文研究对象是AC-20型级配、埃索70#基质沥青、石灰岩矿粉以及某品牌坑车辙剂（聚烯烃类添加剂）。
3.1 抗车辙功能
为评价沥青混凝土的永久变形性能，在试验中可以选择劲度模量来表示。本次试验针对基质沥青、SBS改性沥青以及加入聚烯烃类添加剂的混合料进行劲度模量测试，结果如图1所示。图中JZ、GX、RS分别代表基质沥青、SBS改性沥青以及加入聚烯烃类添加剂。
图1 三种混合料劲度模量测试结果
从图1不难看出，添加聚烯烃类添加剂的混合料模量最大，说明添加聚烯烃类添加剂能够有效提高劲度模量。三种混合料的劲度模量都随着试验温度的提升而降低，而且当温度越高时，添加聚烯烃类添加剂取得的效果更加显著，也就是说温度越高，聚烯烃类添加剂对劲度模量的贡献则越明显。在实际工程中，也经常使用车辙试验对沥青混凝土路面的抗高温能力进行检验。针对上述三种混合料的车辙动稳定度进行试验，其结果如表2所示：
表2为温度为60摄氏度时的试验结果，其他温度有相似比例。添加聚烯烃类添加剂之后使得混合料的动稳定度得到显著提升，即能够实现更强的高温抗变形能力。工程中常用的Radspunrie车辙王抗车辙剂是典型的聚烯烃类添加剂，对于提升材料使用性能有重要作用，是常用的功能性沥青路面材料。
3.2 性价比
同样以AC-20型级配为例进行分析，分别添加0.3%、0.5%、0.7%的抗车辙剂与4.6%的SBS改性沥青，总共包括5种混合料类型。试验采用的抗车辙剂单吨价格约为20000元，单吨SBS改性沥青价格约为5500元。添加0.3%、0.5%、0.7%的抗车辙剂动稳定度分别达到6000、8000、10000（单位：次/mm）以上，添加4.6%改性沥青动稳定度约为4000（次/mm）。然而AC-20+0.5%RS与AC-20+4.6%GX的材料费用增加却十分接近，可见采用抗车辙剂的沥青混合料性价比更高。除此之外，当使用抗车辙剂时，可以有效控制路面厚度，带来更高的社会效益与经济效益。
3.3 使用模式
当添加聚烯烃类添加剂时可以直接从拌合缸上侧进行添加，同时也能够实现上料机的自动添加，且生产过程几乎零排放。添加聚烯烃类添加剂可以保证运输、碾压等与普通沥青混合料一致，具备较强的通用性。目前添加聚烯烃类添加剂的沥青混凝土路面已经在国内有数十个工程实例，已积累一定工程经验。
4 其他先进沥青混凝土路面材料
为弥补沥青混凝土路面不透水的问题，可以采用多孔排水降噪沥青混凝土，设计空隙率可以提高4-5倍。多孔排水降噪沥青混凝土有较强的排水功能、安全功能与降噪功能；为提高沥青混凝土的抗剪强度，避免胶浆滴落现象，改善混凝土的抗氧化性能，可以使用高粘度改性沥青，动力粘度在60摄氏度情况下能够达到2×104Pa.s。
5 小结
本文结合实际工程经验分析了路面材料的设计方法，讨论了材料选取、集料选取与沥青混合料级配的原则与方法。在此基础上开展了高模量沥青混凝土的功能试验研究，证明了添加聚烯烃类添加剂可以在确保良好使用模式与性价比的基础上，提高沥青混凝土路面的抗车辙功能。
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论文作者:赖明镜
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/18
标签：沥青论文; 混凝土论文; 路面论文; 车辙论文; 材料论文; 添加剂论文; 聚烯烃论文; 《基层建设》2016年1期论文;