张毅
新疆维吾尔自治区交通建设管理局,新疆 乌鲁木齐 830049
摘 要：结合新疆高温抗车辙地区的气候环境状况，对低标号沥青及其沥青混合料在该地区的应用与推广进行了研究，经过大量的室内试验以及实体工程的验证，完成了原材料的优选与性能测试，完成了低标号沥青混合料配合比设计与路用性能验证，同时完成路面结构计算，最终依据在所研究区域铺筑的实体工程，总结了施工经验，提出低标号沥青混合料修筑的关键技术，并进行效益分析，这为低标号沥青在新疆高温抗车辙地区的推广与应用奠定了重要基础。
关键词：高速公路；低标号沥青；路面；性能
目前，在国外尤其是欧洲，低标号沥青混合料已被广泛应用，虽然国内道路工作者对于低标号沥青也做了大量研究，但是低标号沥青在干旱荒漠区区的使用较少。为使研究更加直观，更具比较性，本研究将采用四种沥青（50#、70#低标号沥青和新疆常用90#、SBS改性沥青）结合新疆高温抗车辙地区独特的气候条件，进行针对性研究。
1 低标号沥青结合料高温稳定性
1.1高温稳定性测试方法与评价指标
沥青混合料的马歇尔稳定度和流值是经验性指标，与路面实际产生的车辙破坏相关性差，二者多用于确定沥青用量和施工质量检测。在沥青混合料的蠕变试验中，三轴重复加载试验属于比较接近路面实际三位受力状态的试验，但该试验对人员和试验设备的要求很高，且试验中要求提供恒定或动态的侧向压力，因此很难在工程中大面积推广。试验研究采用车辙试验、高温剪切试验来评价低标号沥青混合料的高温稳定性。
试验表明，车辙试验中轮辙的产生和发展与实际路面车辙的发展相关性强。另一方面路面的车辙破坏主要由荷载施加的剪应力导致，因此本研究采用路面材料剪切仪，测试高温时受剪切破坏的剪应力状况，评价沥青混合料高温剪切变形的性能。
1.2基于车辙试验的高温稳定性评价
（1）车辙试验方案设计
对于新疆高温地区，多为失稳型车辙。评价车辙性能的方法有三类：第一类为试验道路现场观测试验；第二类是足尺加载加速试验；第三类为传统的室内轮辙试验。第三类方法操作方便，较好的反映了沥青混合料的抗车辙性能。本试验以50#、70#、90#和SBS四种沥青拌制混合料，再采用轮碾法成型。对于基质沥青制作的试件，养护24h进行脱模；对于SBS改性沥青制作的试件，养护48h进行脱模，然后将试样经保温后放于车辙仪中进行轮辙试验，计算其动稳定度。
（2）车辙试验参数确定
路面长期处于高温状态，会加速车辙的发展[20]，而在新疆高温抗车辙地区，夏季极端温度可达到40℃，路表温度时常会超过60℃，因此本研究将在60℃和70℃两个温度下进行车辙试验。
（3）低标号沥青混合料车辙试验结果分析
用四种标号沥青拌制AC-20C沥青混合料，进行车辙试验，所得结果见图1。
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图1 动稳定度对比图
由图1可以直观发现，在60℃时SBS的动稳定度高达8000，其中低标号的50#沥青的动稳定度也远高于常用的90#沥青；在70℃时50#和70#沥青的动稳定度也达到了1700和1200，而常用的90#沥青制作的车辙板则出现了松散，再经一小时的车辙试验，试件直接产生松散溃烂。而目前在新疆，90#沥青是最主要的路面胶结材料，通过室内高温车辙试验，间接反映了在本研究区域易产生车辙破坏。在该地区使用低标号沥青修筑路面时，车辙试验应在70℃下进行。
1.3基于剪切试验的高温稳定性评价
（1）剪切试验方案设计
沥青混合料在使用过程中实际上是处于三向受压的状态，而车辙试验由于试件尺寸有限，试验加载方法的局限性，与沥青混合料实际受力情形差异很大，目前我国修筑的沥青路面虽然动稳定度满足了规范要求，但在后续使用过程中，仍然出现了车辙破坏。为使测试条件尽量接近实际受力情况，本研究设计了沥青混合料的剪切试验。
（2）剪切试验参数确定
考虑到新疆高温抗车辙地区夏季路面温度较高，为贴近路面实际使用，因此本研究试验采用60℃和70℃两个温度进行试验，采用剪切速率为5mm/min。
（3）低标号沥青混合料剪切试验的结果及分析
试验分为50℃和60℃两组保温五个小时后，进行剪切试验，测试试件破坏时的最大位移和剪力，并计算其剪应力和升温后剪应力削减百分比，所得结果见图2。
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图2 剪应力对比图
由图2可以发现，在60℃时，使用50#和70#低标号沥青的试件其破坏时，剪切应力达到了0.2093MPa和0.2293MPa，远高于新疆常用的SBS沥青，是90#沥青的数倍；在70℃时，使用两种低标号沥青拌制的试件抗剪切应力仍然高于两种常用沥青，而且低标号沥青在升温后其抗剪切应力削减百分比较小，50#沥青试件削减32.25%，70#沥青试件削减22.23%，90#沥青试件削减42%，SBS沥青试件削减43.62%。低标号沥青显示出了较高的抗剪切能力，适用于新疆高温区沥青路面的修筑。综上，在该地区使用低标号沥青修筑路面，应在70℃下进行剪切试验。
2 低标号沥青混合料的应用
新疆高温抗车辙地区，由于自然条件特殊，使用普通90#沥青修筑的沥青路面，在夏季持续高温，重载和渠化交通情况下，极易产生车辙病害，而采用添加造价高昂的改性剂改善路面性能，成本又过高，不利于当地经济可持续发展，而低标号沥青成本较低，在抗车辙病害能力上具有很大潜能；另一方面，低标号沥青在新疆地区的使用尚处于科学研究状态，尚无实体路段的铺筑，因此，在室内理论分析及试验研究的基础上，在新疆高温区，首次使用低标号沥青（库车天环50#沥青和70#沥青）铺筑试验段检验其性能。
在阿克苏至喀什高速公路，K1399+550- K1400+200铺设50#沥青路面中面层，K1400+200-K1400+840铺设70#沥青路面中面层。试验路的检测主要测试路面的平整度、渗水性以及通过钻心取样并测试混合料的压实度、体积指标和马歇尔试验指标。
2.1 渗水性检测
渗水性检测结果见表1。
表1 路面渗水性检测表
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如表1所测数据中，渗水最大值为115.9ml/min，满足规范中关于密集配沥青混合料渗水系数不大于120ml/min的要求。
2.2 平整度检测
平整度测量结果见表2。
表2 路段平整度检测表
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由表2中的数据可知，在所选取的路段内，连续式平整度仪所输出的20个标准差中，仅有4个数据超过了1.5mm，因此可以认定该试验路段平整度满足要求。
2.3 钻芯取样
钻芯取样结果见表3。
表3 钻芯取样结果
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由表3中钻芯取样数据可以看出，各项指标满足50#和70#沥青混合料生产配合比验证的要求。其中有两处高度不足50mm的芯样，差值也在设计值的5%以内。
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