南部非洲高温地区沥青路面抗车辙能力提升研究

南部非洲高温地区沥青路面抗车辙能力提升研究摘要：通过选取赞比亚卢萨卡高等级道路车辙段落现场调查、取芯试验等，探寻南部非洲高温地区道路车辙病害的主要因素，绘制相关因果图，并针对性地提出相关对策，为该地区项目提高沥青路面抗车辙能力提供参考指导。关键词：南部非洲高温地区、沥青路面、车辙、级配、沥青概述高温车辙是直接反映沥青路面路用性能的典型现象之一，境内外学者根据产生原因将沥青路面车辙现象归纳为典型的３种形式，分别为：结构性车辙、失稳性车辙与磨耗性车辙［１]。我国沥青路面结构的典型问题是磨耗性车辙，主要通过采用高抗磨光的优质磨耗层碎石和高性能改性沥青来解决该问题。南部非洲地区适用南非规范SATCC，道路所用沥青混合料一般为AC-13C型和AC-16型。车辙已经成为当地沥青路面的一种普遍性病害[2]，每条高等级道路在行车道上几乎都产生了不同程度的车辙破坏，在长上坡路段及道路交叉口尤甚。因此如何提高南部非洲高温地区道路抗车辙性能相关研究迫在眉睫。2.车辙原因剖析通过对赞比亚卢萨卡主要高等级道路进行车辙深度测量，卢萨卡共有9条高等级道路，选取3条主要道路进行测量，分别为GreatNorthRoad、LumumbaRoad、MungwiRoad。具体情况如下：车辙情况检查情况统计表

表2-1

序号道路名称道路总长（m）车辙深度大于10mm段落长度（m）占比（%）最大车辙深度（mm）1GreatNorthRoad6610352453.3%252LumumbaRoad7212425359.0%303MungwiRoad6659335250.3%28从表中可知，以上三条道路的车辙病害占比高达50%以上。通过对GreatNorthRoad的3524米车辙段落现场调查、取芯试验等方式对车辙问题进一步分析，列出病害因素统计表如下：病害因素统计表

表2-2序号病害因素频数（m）累计频数（m）频率（%）累计频率（%）1动稳定度不足2800280079.579.52混合料空隙率偏小20530055.885.33沥青用量偏高20032055.790.94粉胶比偏大12433293.594.55车辆超载10034292.897.36路面温度高9535242.7100合计3524100从上表的累计频率可知动稳定不足是造成车辙病害的主要问题，应该重点关注和管控。经进一步分析研究，发现GreatNorthRoad、Mungwi路及Lumumba路均采用60/70号普通沥青混合料作为道路面层材料，车辙类型为失稳型（流动性）车辙，出现车辙现象的路段均为Lusaka主要重载交通干道，特点为车流量大、行驶速度低、超载现象严重。据调查资料显示，这三条道路均采用4cmAC-13C+4cmAC-16C沥青面层结构形式，其混合料动稳定度结果较低。通过调查，组织当地公路管理专业部门人员及当地中资企业相关专家进行头脑风暴，对在南部非洲区域影响沥青混合料动稳定的因素从人、机、料、法、环、测六个方面进行分析，并绘制出因果图（鱼骨图），如下图：图2-3

沥青混合料抗车辙能力因果图3.车辙对策研究根据“要因确认表”，对项目生产过程中的各类因素进行逐一确认及试验，最终筛选出南部非洲高温地区沥青路面抗车辙能力低的主要因素为矿料合成级配偏细及沥青选择不当。（1）采用AC-13C型粗级配通过沥青混合料的原材料进行重新取样并筛分，包括规格10-15mm、5-10mm、3-5mm、0-3mm及矿粉五档集料，绘制出粗、中、细三个配比对比曲线，如下图：通过对粗、中、细三组级配分别进行不同沥青含量的混合料拌制、试件制作及指标检测，发现粗中细级配的最佳沥青含量分别为4.2%、4.5%、5.0%。按照最佳沥青用量分别拌制粗、中、细级配三组沥青混合料，试验可知粗级配混合料光泽度满足要求，且沥青用量最小，为4.2%，空隙率最接近中值4.0%，稳定度最大，流值最小，动稳定度最高，抗车辙能力强，质量最好。故粗级配能提高沥青混合料的抗车辙能力，可采用该粗级配为沥青混合料级配配合比。此外，通过对比国内规范AC-13C型沥青混合和南非规范的粗型、中型沥青混合料各项试验指标，可知国内规范AC-13C型沥青混合料无论是空隙率、矿料间隙率还是沥青饱和度都更满足要求，且稳定度高，流值小，动稳定度高[3]。因此，国内AC-13C型沥青混合料级配比南非规范沥青混合料级配更优，从动稳定度数据上看，AC-13C型粗级配沥青混合料抗车辙能力更强，建议采用AC-13C型粗级配为沥青混合料级配配比。（2）改善沥青选择更粗的级配提高了沥青混合料的抗车辙能力，但沥青混合料的动稳定度仍未能达到目标要求（≥5000次/mm），因此，需进一步更改沥青类型或者改良沥青。主要通过以下三种方案进行沥青改善试验：方案一：添加抗车辙剂进行试验。方案二：添加沥青改性剂进行试验。方案三：更换沥青类型，采用南非采购的A-E2型改性沥青进行试验。通过对以上三种方案进行系列试验，结果显示抗车辙剂掺量为3.5‰时，沥青混合料的动稳定度可达5000次/mm；改性剂掺量为3‰时，沥青混合料的动稳定度为6251次/mm，也可达到目标要求；采用南非采购的A-E2型改性沥青进行试验，改性沥青混合料的最佳沥青用量为4.5%，所对应的动稳定度为11352次/mm，满足目标要求。在相同的级配曲线下，添加抗车辙剂、沥青改性剂或更换改性沥青均能有效提高沥青混合料的动稳定度，增加沥青混合料的抗车辙能力，也从证实了南部非洲沥青路面抗车辙能力差的主要原因是没有合理选用沥青类型和标号。为了进一步比较这三个方案的可行性，进一步从混合料拌制、施工工艺、成本等方面对这三个方案进行评价，从混合料拌制、施工工艺、成本等方面综合分析可知，添加沥青改性剂是提高沥青混合料动稳定度的最优方案。4.结语

通过添加沥青改性剂不仅解决了南部非洲高温地区道路沥青混合料动稳定度低的难题，而且节约了成本、提高了施工质量、加快了进度，为此地区道路设计优化及施工选材提供指导意义。参考文献：[1]傅珍，武孟，常晓绒，董文豪，张昭区．复合增强剂沥青混合料性能影