公路沥青混合料低温抗裂性能及施工工艺研究

四川省交通建设集团有限责任公司 四川成都 610000

摘 要：主要探究提高公路沥青混合料低温抗裂性能及施工工艺的有效方法。实地观察、实验室试验和数值模拟分析了沥青混合料在低温环境下的性能变化规律，并研究了不同施工工艺对其性能的影响。结果显示，合理控制施工温度、优化压实工艺和采用适量添加剂可以有效提高沥青混合料的低温抗裂性能，降低路面裂缝的发生率。基于此，在公路建设中，应重视低温环境下沥青混合料的性能并采取相应的施工工艺措施，以提高路面的质量和使用寿命。

关键词：低温抗裂性能 弯曲试验 施工工艺 SBR改性沥青

中图分类号：U414

Research on the Low-Temperature Crack Resistance and Construction Technology of Asphalt Mixtures for Highways

ZHANG Tao

Sichuan Transportation Construction Group Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan Province，610000 China

Abstract：This study mainly explores the effective method to improve the low-temperature crack resistance and construction technology of asphalt mixtures for highways. By the methods of field observation， laboratory tests and numerical simulation， this study analyzes thevariation law ofthe performance of theasphalt mixture in the low-temperature environment and studies the influence of different construction processes on its performance. The results show that the reasonable control of construction temperature， the optimization of compaction processes and the use of appropriate additives can effectively improve the low-temperature crack resistance of asphalt mixtures and reduce the incidence of pavement cracks. Based on this， during highway construction， we should pay attention to the performance of asphalt mixturesin the low temperature environment and take corresponding construction technology measures， so as to improve the quality and service life of the road surface.

Key Words： Low-temperature crack resistance;Bending test;Construction technology; SBR modified asphalt

公路沥青混合料在低温条件下易出现开裂现象，严重影响路面的使用寿命和安全性，因此，研究提高沥青混合料的低温抗裂性能及施工工艺对于公路建设具有重要意义。当前，对于该问题的研究还存在一些不足之处。首先，现有研究大多集中于沥青混合料的材料性能，而对施工工艺的影响研究相对不足，导致在实际工程中缺乏可操作性的建议。其次，针对不同地区气候和交通量的差异，现有研究结论并不具有普适性，需要更多地考虑实际应用环境下的因素。针对以上问题，本文旨在通过综合考虑沥青混合料材料性能和施工工艺对低温抗裂性能的影响，以及不同气候条件下的实际情况，系统研究公路沥青混合料的低温抗裂性能及施工工艺。

1 公路沥青混合料低温抗裂性能试验

1.1 配合比设计

在设计SBR改性沥青的配合比时，首先考虑到了某地冬季频繁出现的低温现象以及夏季雨水丰沛可能带来的结构性破坏。因此，本文的研究重点在于如何提高沥青混合料在低温条件下的抗裂性能。为了评估其低温抗裂性，本文选择了小梁低温弯曲试验法。在进行试验之前，使用马歇尔稳定度试验来确定矿料的最佳配比和最佳沥青用量[1]。

本文所采用的结合料为SBR改性沥青，因此需要计算沥青混合料的最大理论相对密度。根据试验结果得知，矿粉的表观相对密度和毛体积相对密度均为2.726。结合配合比设计结果，计算出各粒级矿料在总量中的比例。随后根据密度试验结果得出矿料的合成毛体积密度为2.632 g/cm³，合成表观相对密度为2.669 g/cm³，吸水率为0.5%。

在本文中，经过精心的设计与计算，AC-13沥青混合料的级配组成被确定为碎石∶砂∶石屑∶矿粉=32∶15∶50∶3。同时，将最佳油石比定为4.9%。这样的配比设计充分考虑了矿料的密度特性和沥青的结合能力，旨在提升沥青混合料的整体稳定性和耐久性。特别是在低温条件下，通过提高抗裂性能，可以减少该地区冬季低温引起的路面开裂问题。这一设计思路不仅体现了对材料性能的深入理解，也展现了对实际工程需求的精准把握。同时降低夏季雨水侵蚀导致的结构性破坏，从而延长路面的使用寿命，达到更好的使用效果。

1.2 低温弯曲试验

在研究公路沥青混合料的低温抗裂性能时，本研究采用了小梁低温弯曲试验作为评估材料在低温条件下变形能力的关键方法。该试验被广泛认可，能够有效模拟并反映沥青混合料在低温环境中抵抗开裂的能力，且与我国规范对沥青混合料低温性能评价的推荐方法相符合[2]。

遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20—2011）的规定，本文制备了12个尺寸为250 mm×30 mm×35 mm的棱柱体小梁试件，以便进行后续的试验。其中包括6个基质沥青混合料试件和6个SBR改性沥青混合料试件。所有试件均按照严格的标准化程序制作，以确保试验结果的准确性和可重复性。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T0715—1993）的规定，本研究在-10 ℃的试验温度和50 mm/min的加载速率下对试件进行了弯曲试验。试验结果表明（见表1）：SBR改性沥青混合料在抗弯拉强度和破坏应变方面显著优于基质沥青混合料，表现出更优异的低温性能。与常规的基质沥青混合料相比，采用SBR改性技术制备的沥青混合料具有更高的抗弯拉强度和更好的低温性能。因此，在低温条件下，SBR改性沥青混合料能够更好地抵抗外部应力的作用，从而降低路面发生裂缝的风险。

2 公路沥青混合料低温抗裂性能有限元分析

2.1 路面板网格划分

根据北方某地的实际情况及以往的研究，选择了沿行车道方向1 m、宽度为5 m、厚度为0.04 m的路面板作为建模尺寸。在ABAQUS的Property模块中输入了两种弹塑性材料的弹性和塑性数据，以及温缩系数。其中基质沥青混合料的弹性模量设为1 500 MPa，SBR改性沥青混合料的弹性模量设为2 000 MPa，两者的泊松比均为0.25[3]。

在Mesh模块中，由于路面板已被定义为非独立实体，因此网格划分是针对部件执行的，所以非独立实体作为部件的引用，网格划分应该施加在部件上。考虑到路面板是规则的三维体结构采用了结构化网格技术，并选择了六面体单元形状以提高分析精度。选用了C3D8I单元类型，即8节点六面体线性非协调模式单元，它在单元角点设置节点并在每个方向使用线性插值。最终，两个模型均被划分为4 000个单元，网格大小为50 mm×50 mm×20 mm，以确保模拟的精确性。完成网格划分后的部件如图1所示[4]。

2.2 模型运算结果的分析

在温度从-10 ℃降至-30 ℃的过程中，当SBR改性沥青混合料路面板底面受到完全约束时，应力云纹图（见图2）揭示了最大主应力集中在行车方向的两端面，达到了1.655 MPa。与此相比，附近区域的最大主应力略低，而其余部位的最大主应力则显著减小。因此，在完全约束的条件下，SBR改性沥青混合料具有更好的低温抗裂性。此外，无论是底面完全约束还是不受约束的情况，SBR改性沥青混合料路面板在降温过程中的破坏最大弯拉应变与基质沥青混合料相同。但在完全约束的情况下，SBR改性沥青混合料的抗裂性表现更佳[5]。

在同一位置节点上，底面不受约束的情况下，SBR改性沥青混合料路面板的最大主应力和主应变均低于基质沥青混合料，并且其破坏时的抗弯拉强度更大。因此，在温度从-10 ℃降至-30 ℃的过程中，无论底面是否受约束，SBR改性沥青混合料路面板都表现出比基质沥青混合料更优越的低温抗裂性能。

3 沥青混凝土施工

在铺筑沥青层前，必须确保基层或下层沥青的质量达到标准，若有不符合要求的情况，则不得进行面层的铺设。对于已经被污染的旧路面或下卧层，应采取适当的清洗或铣刨处理，以确保施工表面干净、整洁，从而保证沥青混合料与路基的良好黏结[6]。

在沥青混合料的摊铺地点，应检查运料单以确认混合料的身份，同时检查混合料是否符合施工温度要求，以及是否出现结块或受雨淋的情况。若存在这些问题，则不得进行铺筑作业。在气温较低或等待时间过长的情况下，应采取措施保持沥青混合料的温度，以防影响后续的摊铺和压实工作。特别是上层沥青混合料的残余孔隙率需控制在7%以下，以保证良好的压实效果[7]。

4 结论

在公路沥青混合料低温抗裂性能及施工工艺的研究中，深入探讨了沥青混凝土施工的关键环节和技术要求及其对路面质量和使用寿命的影响。通过确保基层质量、施工温度的控制和合理的压实工艺，可以有效提高沥青混合料的低温抗裂性能，延长路面的使用寿命，降低维护成本。

参考文献

[1]谭仕维.再生沥青混合料低温抗裂性能研究[J].西部交通科技，2023（10）：75-77，169.

[2]王婧，陈莉，赵绪峰，等.再生粗骨料沥青混合料路用性能试验研究[J].合成材料老化与应用，2023，52（5）：66-69.

[3]乔明鑫，杨三强.寒冷地区沥青路面材料低温抗裂性能研究[J].甘肃科学学报，2023，35（4）：56-60，72.

[4]金爱华.再生沥青混合料低温抗裂性能的多指标评价[D].淮南：安徽理工大学，2021.

[5]陈飞，张林艳，封基良，等.沥青混合料低温抗裂性能试验方法研究进展[J].材料导报，2021，35（S2）：127-137.

[6]林震寰.沥青混合料低温抗裂性能数值模拟研究[D].沈阳：沈阳建筑大学，2021.

[7]王宝.沥青路面就地热再生技术在公路施工中的应用[J].中国公路，2020（12）：98-99.