福建武夷山地区由于冬季时期冻融周期比较短，次数较频繁，而且冻土层深度较浅，使得冰雪融化后浅层的含水率极大升高。复杂的气候环境条件，给当地沥青路面修复造成了较大困扰。鉴于此，对短时冻土区域的沥青混合料低温性能及力学性能展开研究，得出了外掺剂的XT-2推荐剂量为0.3%～0.5%,掺量为0.3%的动稳定度高达2126次/mm,掺量为0.5%时高达2342次/mm,远超规范技术要求的800次/mm;有效降低了成型路面的渗透性，提高道路承载能力，符合当前我国“双碳”背景下绿色交通发展理念。
该文针对高原冻土地区公路路面的主要病害问题,通过马歇尔试验确定AC-13C沥青混合料配合比并对其路用性能进行试验研究。依托国道109线那曲至拉萨公路改建工程,结合AC-13C改性沥青混合料在不同油石比和矿料级配条件下进行了最佳配合比设计;采用浸水马歇尔试验、低温弯曲试验、车辙试验、冻融循环试验等研究了沥青混合料的水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性、耐久性及抗渗水性能等路用性能;并铺筑试验路段进行路面厚度、平整度和弯沉检测,验证了使用该配合比厂拌沥青混合料的实际路用性能。结果表明:110-A级沥青配合当地集料进行混合料配合比优选设计,得到最佳油石比为5.0%,沥青用量为4.76%,空隙率为4.6%。该配合比下沥青混合料各项技术指标满足规范要求,并在试铺阶段效果良好,满足高原冻土地区公路路面性能要求。
针对高原多年冻土区公路对沥青混合料性能的高要求,从矿料级配角度出发,试验选取多碎石沥青混合料(SAC)和沥青玛蹄脂混合料(SMA)作为高原多年冻土区沥青路面的路用性能试验用料,用密级配AC-13进行对比。试验结果表明:SAC-13与AC-13破坏弯拉应变差异并不明显,而SMA-13的破坏弯拉应变较AC-13降低20.7%。三种级配沥青混合料动稳定度由高到底依次为SAC-13,SMA-13和AC-13,选用的两种抗滑表层较密级配AC-13动稳定度提高了一倍左右;三种级配沥青混合料的水稳定性基本相当。高原多年冻土区沥青路面病害主要以低温病害为主,因此SAC-13级配沥青混合料在高原多年冻土区公路沥青路面应用更具合理性。
我国多年冻土地区主要分布于青藏高原和大小兴安岭地区,青藏公路自通车以来,由于当地海拔高、太阳照射强烈、昼夜温差大等原因,沥青路面经常发生低温收缩开裂病害。为研究温度对沥青混合料弯拉特性、抗压特性及劈裂特性的影响,分别对3种不同的沥青混合料进行弯拉试验、单轴抗压试验和间接拉伸试验,研究表明:-10℃是3种沥青混合料抗弯拉强度与温度关系曲线的变坡点,最大弯拉应变均随温度的升高而增大且变化率较大,弯曲劲度模量均随温度的升高而减小。多年冻土地区沥青路面设计时需严格控制-10℃下沥青混合料的最大弯拉应变,有必要对强度与模量参数取值进行修正。
为降低多年冻土区沥青路面吸热传导引起的冻土融沉病害,采用在沥青混合料中填加低导热材料的方法来改变集料导热系数从而降低沥青混合料导热系数.确定沥青混合料的最佳油石比后,在不改变AC-13沥青混合料矿料级配的条件下进行低导热沥青混合料配合比设计,用填加的生蛭石粉(ZS)将原矿料级配中2.36mm以下各档材料进行等质量替代,以保证基本力学性能.采用TCI热物性分析仪对ZS掺量(质量分数,下同)分别为0%,4%,6%,8%及10%的沥青混合料试件进行导热系数的测试.结果表明:沥青混合料试件导热系数随ZS掺量的增加,总体呈指数函数递减趋势;ZS掺量为10%的试件导热系数比未掺ZS试件降低了46.27%,降幅最大,且各项路用性能指标均满足规范要求.
通过两种沥青混合料的劈裂试验、冻融劈裂试验,浸水马歇尔、低温弯曲及车辙试验,以及在新农至西中岛公路(交流岛至通水沟)工程试验路的观测情况,分析了奥米无机纤维沥青混合料在季节性冻土及多年冻土地区的适应性。研究得出,在相同沥青含量下,掺入奥米无机纤维的沥青混合料的水稳定性、低温稳定性和高温稳定性均有明显提高。结果表明,奥米无机纤维沥青混合料在冻土地区公路建设中有良好的使用价值。
青藏高原多年冻土区气候环境恶劣,海拔高,热效率低,热拌沥青混凝土路面铺筑困难。在对青藏公路多年冻土区温拌温铺沥青混凝土路面试验工程分析的基础上,认为温拌沥青混合料在多年冻土区可以成功应用,且具有节能、环保、适合低温施工等特点。但温拌温铺沥青混凝土路面在低温环境下的水稳定性和耐久性需要进一步观察研究。
为了改善高原冻土区沥青混合料的路用性能,首先通过测力延度试验、常规试验及美国公路战略研究计划试验对沥青性能进行了对比研究。其次,采用冻融循环飞散试验、车辙试验对沥青混合料性能进行评价。研究表明:提出测力延度试验的韧性比指标不低于5.0评价沥青低温性能是必要的,并建立了该地区的沥青优选模型。
在高原冻土条件下,考虑沥青混合料的配合比不同对抗车辙的影响,通过对高原冻土条件下沥青混合料配合比的试验研究,归纳总结出有益结论,对西藏地区沥青混合料配合比设计的研究及施工具有现实的指导作用,同时对类似高原冻土条件的地区沥青混合料配合比的设计也具有借鉴意义。
针对多年冻土地区常年温度低、温差大等特殊气候条件,通过沥青混合料室内抗压回弹模量试验,分析温度、油石比、沥青种类和级配对混合料抗压回弹模量的影响。结果表明,沥青混合料回弹模量随温度的升高而降低;对比不同级配沥青混合料可知,低温下,SBR改性AC-16混合料的抗压回弹模量与AC-13相当;存在对应于抗压回弹模量达到最大值时的最佳油石比,范围约在6.0%～7.0%之间;SBR改性沥青混合料的低温抗压回弹模量明显优于130#道路石油沥青混合料。混合料抗压回弹模量值的常对数与温度及油石比的关系符合二元一次函数。用SPSS相关分析方法分析各个影响因素对混合料抗压特性的影响程度可知,温度和沥青种类对抗压回弹模量影响显著。