天然岩沥青改性沥青路面抗车辙性能分析

金雄

（云南省交通职业技术学院资产管理公司，昆明 650501）

1 引言

随着我国城市化的快速发展，大量人口的转移使得公路交通面临着巨大的交通压力，超载、重载已成为很多公路工程存在的突出难题，如果这些问题长期得不到有效的处理，将会加剧沥青路面的车辙和老化问题。根据相关研究，提高沥青混合料的模量能够有效应对车辙难题，使得沥青路面具有良好的经济与社会效益。

2 天然岩沥青复合改性沥青性能评价

2.1 常规指标

根据公路工程领域的沥青与沥青混合料应用相关标准，施工企业在参与项目建设的过程中，必须严格开展相应的检测，根据相应的检测结果，天然岩沥青复合改性沥青的软化点要远远高于常规的改性沥青【1】。这也从侧面验证了天然岩沥青改性沥青的使用可以改变沥青混合料的高温性能。

2.2 性能分级

根据沥青胶结料的性能分级规范，在实际的施工过程中，施工企业必须要对天然岩沥青复合改性沥青开展PG 分级试验，最终根据分级试验的最终结果，来实现对该材料的有效应用，使得各分级试验结果可以作为沥青路面抗车辙性能改进的重要依据。

3 天然岩沥青改性剂作用机理

3.1 改性沥青机理

天然岩沥青属于一种比较特殊的沥青材料，从该种材料的形成过程来看，天然岩沥青为沥青基属，从其构成来看，其中包含了多种有机链，比如，羧基、羰基、醛、萘等。这些有机链的存在可以有效使得石油沥青中的活性基团交联聚合起来，当在常规的沥青材料中掺入一定量的天然岩沥青以后，原有沥青分子的排列方式和网状结构必将发生改变，也就使得沥青的内聚力与抗拉断力大大提升，其中，最为突出的表现就是改性沥青的组分比例较之原来存在着明显的不同，在此情况下，沥青性能也必将有所变化【2】。

3.2 界面改性机理

天然岩沥青在实际的施工应用过程中同样存在着界面改性机理。具体来说，当将天然岩沥青与热骨料干拌时，部分外掺剂会在此过程中逐步融化和变软，进而局部裹在石料的表面。随后，将一定量的热沥青加入其中开展再次的搅拌作业，在搅拌过程中沥青膜会直接与骨料表面所存在的外掺剂软化膜接触。这种直接接触作用下，石料与沥青界面所存在的沥青料与软化外加剂会发生相互的渗透作用。这种渗透作用使得沥青膜局部得以增强，构成了强大的界面力，这在一定程度上能够避免石料在强大的外力作用下在界面之间的移动。

3.3 变形恢复作用

天然岩沥青改性剂中存在部分的弹性成分，当在施工过程中处于高温环境时，这些弹性成分的存在会使得沥青材料具有一定的变形恢复功能。这一功能的存在一定程度上可以大大提升沥青路面的抗变形能力。普通的沥青混合料中添加一定的岩沥青改性剂，提高了沥青混凝土的模量。这一改变可以使得沥青路面的性能得以优化，即使在较大的车辆车载作用下，沥青混合土的应变也相对较小，对沥青混凝土的不可恢复残余变形起到了重要的控制作用，对于延缓车辙出现具有重要的意义，沥青路面的使用年限也会有所延长【3】。

4 天然岩沥青改性沥青路面的抗车辙性能有限元分析

天然岩沥青改性剂在沥青路面中的应用可以提升路面的抗车辙性能，在当前的公路工程项目中，沥青路面非常常见，随着公路交通通行量的增加，如果要保持沥青路面良好的使用性能，就必须要保障路面的高温稳定性。以某公路工程为例，此工程中的面层为岩沥青改性沥青胶结料，掺量为8%，此路面结构A 和B 分别为岩沥青改性沥青路段、普通路段，将这些路面结构开展二维有限元分析，分析在同样的温度、轴载作用条件下，岩沥青改性剂对抗车辙性能的直接影响。

4.1 轴载作用次数的影响

在公路工程项目中，交通通行量对沥青路面的车辙病害有着直接的影响。根据相关研究，车辙变形与累计当量轴次之间为正相关关系，二者同向变化。以40℃改性沥青与基质沥青混合料的材料参数作为研究对象，当处于标准轴载作用时，其路面结构车轴变形的变化如图1 所示。

图1 轴载作用次数的影响

如图1 所示，在轴载次数逐步增加的过程中，路面结构A 和B 的车辙深度都随之呈现出明显的增大趋势。从其增大趋势的分布图来看，在轴载次数在104之前，其车辙深度的增速非常缓慢，而在后续轴载系数达到106以后，车辙深度增速非常快，这主要是路面结构A 中使用了一定的岩沥青改性沥青。这种材料的使用在一定程度上提升了路面的抗车辙变形能力，因而也就使其车辙深度会远远小于常规路面的车辙深度。

4.2 温度的影响

沥青混合料是一种比较特殊的材料，其本身的吸热能力较强，在炎热的夏季，沥青混合料材料的特殊性质使得在此类路面周边会形成强大的温度场，而此温度场在形成以后，可以使得沥青路面在很长的一段时间内可以维持在高温条件下，当沥青路面受到极大的外部荷载作用力下，极易引起严重的车辙变形现象【4】。当累计轴载作用为106时，温度处于变化状态下时，路面结构A 和B 的车辙深度如图2 所示。

在温度逐步升高的过程中，沥青路面也会随着温度的增加而出现越来越明显的永久变形现象。当温度超过40℃时，沥青路面永久变形量的增速明显，对比15～40℃、40～60℃这2 个温度区间的车辙变化，40～60℃车辙现象更为突出，这也从侧面证明了在温度逐步升高的过程中，沥青材料本身的抗变形能力也大大降低，因此，在此温度区间中的车辙深度相对较大。此外，在同样的温度与荷载作用下，路面结构A 中使用的是岩沥青改性沥青材料，有效实现了路面抗车辙性能的优化。

图2 温度的影响

5 结语

沥青路面在公路工程中非常常见，在实际的工程建设施工过程中，车辙病害对路面影响是非常大的，如果要改变沥青路面的抗车辙性能，工程企业就需要在施工建设的过程中，加强对天然岩改性沥青的使用，使得路面具有更好的抗车辙变形能力。