沥青混合料温度敏感性研究

　　摘要：为解决河南地区沥青路面高温季节的车辙问题，客观指导和评价沥青混合料的设计，研究高温季节下温度变化对沥青混合料高温性能的影响，文章根据前期的路面温度场调查情况，分别选取40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃五个不同的温度进行不同沥青混合料的车辙试验与单轴贯入试验，分析温度对沥青混合料高温性能的影响规律。结果表明：动稳定度、车辙深度、贯入强度、抗剪强度都与温度有很好的相关性，其中改性沥青混合料动稳定度与温度的指数关系式DS=105 967e-0.043 5T相关系数R2为0.986 7;在40 ℃～80 ℃温度变化范围内，改性沥青混合料抗高温性能明显优于基质沥青混合料，建议上面层、中面层采用改性沥青。

　　关键词：沥青混合料;温度;高温性能;单轴贯入

　　0 引言

　　随着我国高速公路建设的迅猛发展，沥青路面以其低噪音、行车舒适、施工速度快和开放交通早等优点，成为高速公路路面的主要铺装形式。但由于温度、交通荷载、水等因素的影响，沥青路面出现早期病害的现象较为普遍，特别是车辙病害较为凸显，温度较高的南方地区车辙病害更为严重[1]。车辙的形成致使路面服务水平降低，并在车槽处积水引起水漂，影响行车的安全性，也更容易引起其他病害的產生[2]。

　　车辙是沥青路面工作者应该急需解决的问题，而沥青路面车辙的影响因素众多，外因主要为温度、荷载、纵坡坡度、湿度、车辆行驶速度等，内因为沥青混合料材料性能及路面结构设计，其中温度是影响车辙的主要因素之一[3]。由于中国南北跨度大，地域差异明显，致使南北温差较大，夏季平均温差达10 ℃，且路面的温度比实测气温还要高，所以路面的车辙有效温度南北差距更大。同时，由于沥青材料对温度较为敏感，对沥青混合料抗车辙性能影响最大的即为温度，而我国现有的沥青路面设计规范只以荷载为基础，忽略了温度这一重要影响因素。

　　东南大学周岚[4]研究温度对沥青路面高温性能的影响，发现重载高温条件下，沥青路面更易产生车辙;长沙理工大学张起森等人[5-6]提出中温车辙试验，通过改变常规车辙试验温度，在中温环境中(30 ℃～60 ℃)研究沥青混合料抗车辙性能，发现不仅高温对沥青混合料抗车辙性能影响较大，中温条件下也有产生车辙的风险;同济大学魏密[7]采用单轴静载蠕变试验，根据不同蠕变变形曲线，分析不同温度对沥青混合料高温蠕变性能的影响;长安大学祁峰[8]通过使用MTS试验的方法，对旋转压实成型试件进行单轴静载蠕变试验和重复加载蠕变试验，分析温度对沥青混合料在高温稳定性方面的影响。

　　综上所述，国内外对沥青混合料高温性能进行了广泛的研究，并指出高温是影响路面高温性能的重要因素。但在沥青混合料配合比设计时，往往过度强调对不同材料的性能要求，而对实际交通所需的材料性能考虑不足，有一定的经验性和随意性，也会导致道路出现高温破坏。所以本文参考前人研究成果，并结合对道路温度场的调查分析，研究不同温度对沥青混合料高温性能的影响，以标准抗车辙性能试验设计指标为基础，适当修正原有设计指标，为今后沥青混合料配合比设计提供参考。

　　1 原材料及试验方法

　　1.1 原材料

　　本研究使用的石料集料由宜阳弘源氧化钙石料厂提供，沥青为中石油“昆仑”A级70#沥青和中石油“昆仑”改性SBS类沥青，参照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的标准可知，试验数据均能达到规范的要求。

　　1.2 试验方法

　　(1)沥青混合料车辙试验

　　本文以同一个级配AC-20改性沥青、基质沥青两种沥青试样做车辙试验。试验条件：在0.7 MPa轮压下，根据路面调查实际路面高温时段常出现的温度，分别取40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃等五个温度，依据以上试验条件方案，每组取3个平行试样进行车辙试验，记录45～60 min内的车辙位移，计算动稳定度，求其平均值。

　　(2)沥青混合料单轴贯入试验

　　采用旋转压实仪76-B0252 ICT成型试件，在恒温箱里养护6 h，取出试件后放在UTM试验机的台座上，以1 mm/min的贯入速度进行贯入试验，直至试件破坏，读取最大破坏荷载。分别在40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃等五个不同的温度条件下，利用UTM-100以1 mm/min的贯入速度进行贯入试验，每10 s记录一次试验数据，直至试件破坏为止，记录试验过程中的垂直应力P随时间(贯入深度)的变化曲线，并记录破坏应力、贯入深度等指标。

　　2 结果与讨论

　　2.1 沥青混合料车辙试验

　　车辙试验结果如表1所示。

　　2.1.1 沥青材料对高温性能的影响

　　从表1可以看出，在温度40 ℃～80 ℃变化范围内，改性沥青混合料抗高温性能明显优于基质沥青混合料。改性沥青混合料60 min总车辙深度较小，高温70 ℃最大车辙深度为2.406 mm，动稳定度为5 625 次/mm，80 ℃最大车辙深度为3.148 mm，动稳定度为3 150 次/mm;而基质沥青混合料在40 ℃的车辙总深度为1.029 mm，动稳定度为8 750 次/mm，70 ℃的车辙总深度为5.017 mm，动稳定度为860 次/mm，已经不能满足规范的要求。当温度达到80 ℃时，基质沥青黏性基本丧失，主要靠集料之间的摩擦力提高强度，高温性能很差。而由于改性沥青软化点明显高于基质沥青，试验温度未达到改性沥青软化点85.5 ℃，动稳定度随温度的变化趋势比较稳定。由前期温度调查结果可知，沥青路面的上面层、中面层温度在高温时期达到70 ℃以上，故建议一般路面设计上面层、中面层采用改性沥青。

　　2.1.2 温度与动稳定度的关系

　　由图1可以看出，不管是改性沥青还是基质沥青，都是随着温度的升高而稳定度降低，这是因为沥青是温度敏感性材料，在高温条件下，随着温度的升高，沥青材料逐渐软化，抗车辙能力不足，表现出动稳定度降低。随着温度的升高，沥青混合料的强度开始降低，受到外力时，有很大的变形，并且一部分变形不可恢复，这时表现出粘弹性，就会出现车辙，当温度升高到一定程度，沥青混合料就会表现出黏性状态，很容易被破坏[9]。

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文章名称： 沥青混合料温度敏感性研究

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