沥青混合料粘弹性的应用实例

一、路面结构设计中的应用

（一）新建路面

1. 确定面层厚度

   在炎热地区，如中东地区的一些国家，夏季气温极高。在设计新建路面时，通过动态剪切流变试验（DSR）来评估沥青混合料的高温性能。如果DSR试验得出的车辙因子 G^*/sinΔ 较小，说明该沥青混合料在高温下抵抗永久变形（车辙）的能力较弱。

   为了防止车辙病害的发生，根据当地的交通流量（例如，重型卡车流量大）和预计的道路使用寿命，需要增加沥青面层的厚度。例如，原本设计的沥青面层厚度为10cm，由于车辙因子较低，可能将厚度增加到12 - 15cm，或者更换为车辙因子更高的沥青混合料，同时调整沥青混合料的级配，以提高其高温稳定性。

2. 选择基层材料

   在考虑路面结构的疲劳寿命时，重复加载试验（RLT）的结果起到关键作用。对于山区的重载交通道路，车辆荷载大且频繁刹车、加速。基层材料需要有良好的抗疲劳性能。

   如果某种基层材料在RLT试验中表现出较大的累积永久变形和较低的弹性恢复能力，说明该材料在长期荷载作用下容易产生疲劳破坏。此时就需要选择其他材料，如采用水泥稳定碎石基层代替原来的级配碎石基层，因为水泥稳定碎石在RLT试验中显示出更好的抗永久变形能力和弹性恢复能力，能够提高路面结构抵抗疲劳破坏的能力。

3. 优化路面结构组合

   在寒冷地区，如北欧一些国家，冬季低温时间长且气温极低。路面结构的设计需要考虑沥青混合料的低温抗裂性能。

   通过弯曲梁流变试验（BBR）和直接拉伸试验（DTT）对不同的沥青混合料进行评估。例如，将传统的基质沥青混合料与添加了橡胶粉改性的沥青混合料进行对比。BBR试验发现添加橡胶粉改性后的沥青混合料在低温下的劲度模量 S(t) 降低， m 值增大，DTT试验显示其极限拉伸应变也增大，这表明改性后的沥青混合料低温抗裂性能更好。

在路面结构设计中，上层采用这种改性沥青混合料，下层采用具有良好承载能力的半刚性基层材料，如石灰粉煤灰稳定土，这样的组合可以兼顾路面的低温抗裂性和整体承载能力。

二、旧路面维修与再生中的应用

（一）病害诊断

1. 车辙病害分析

   对于出现严重车辙病害的旧路面，采集原路面沥青混合料样本进行DSR试验。如果发现车辙因子远低于新建路面的标准要求，说明原沥青混合料在高温下抵抗永久变形的能力严重不足，这是车辙产生的主要原因之一。

   可能是由于原沥青的性能随着使用年限的增加而劣化，或者是最初的沥青混合料级配设计不合理，细集料过多等因素导致的。

2. 低温裂缝分析

   在寒冷地区的旧路面，如果出现大量低温裂缝，对原路面沥青混合料进行BBR试验。若试验结果显示沥青的劲度模量 S(t) 过大， m 值过小，表明沥青在低温下应力松弛能力差，无法有效释放温度应力，从而导致低温裂缝的产生。

   这可能是因为原沥青的品质较差，或者在长期使用过程中受到了过多的氧化老化作用。

（二）维修方案制定

1. 车辙修复

   针对车辙病害的旧路面，在确定了车辙产生的原因是沥青混合料高温性能差之后，可以采用就地热再生技术。

   在再生过程中，根据DSR试验结果添加合适的改性剂。例如，添加SBS（苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯嵌段共聚物）改性剂，然后再次进行DSR试验，调整改性剂的添加量直至车辙因子达到合适的数值。同时，对再生混合料的级配进行优化，减少细集料的含量，提高粗集料的骨架作用，以增强其抵抗车辙的能力。

2. 低温裂缝修复

   对于有低温裂缝的旧路面，在再生过程中，根据BBR试验结果，添加改善低温性能的添加剂。如添加岩沥青，岩沥青中的活性成分可以改善沥青的化学结构，提高其低温性能。

   再次进行BBR试验验证，当劲度模量 S(t) 降低， m 值增大到合适范围后，将再生混合料用于填补裂缝和罩面，以提高旧路面的低温抗裂性能。

三、沥青材料性能评价与优化中的应用

（一）新型改性沥青研发

1. 改性剂效果评估

   在研发新型改性沥青时，例如开发一种基于纳米材料改性的沥青。通过DSR、BBR、DTT等试验方法来全面评估其性能。

   在DSR试验中，对比添加不同含量纳米材料的沥青试样。发现随着纳米材料添加量的增加，车辙因子 G^*/sinΔ 逐渐增大，当添加量达到3%时，车辙因子的增长趋势变缓。这表明纳米材料的添加可以有效提高沥青的高温性能，但添加量超过3%后效果提升不明显。

   在BBR试验中，观察到添加纳米材料后沥青的劲度模量 S(t) 在低温下有所降低， m 值增大，说明其低温抗裂性能得到改善。在DTT试验中，添加纳米材料后的沥青极限拉伸应变增大，抗拉伸能力增强。综合这些试验结果，可以确定纳米材料的最佳添加量为3%左右，从而优化新型改性沥青的配方。

2. 不同配方比较

   对于不同配方的改性沥青，如SBS改性沥青和PE（聚乙烯）改性沥青。通过DSR试验在不同温度下（如46°C、52°C、58°C）比较它们的车辙因子。

   结果显示，在高温下SBS改性沥青的车辙因子普遍高于PE改性沥青，说明SBS改性沥青在高温下抵抗永久变形的能力更强。再通过BBR试验在 - 12°C、 - 18°C、 - 24°C等低温下比较两者的劲度模量 S(t) 和 m 值。发现SBS改性沥青的低温性能也优于PE改性沥青，其 m 值更大，劲度模量 S(t) 更小。根据这些试验结果，可以得出SBS改性沥青综合性能更好的结论，为工程应用提供参考。

（二）不同来源沥青对比

1. 进口与国产沥青比较

   在一些大型工程中，需要对比进口沥青和国产沥青的性能。通过DSR试验，在高温下对比两者的车辙因子。例如，某进口沥青在52°C时车辙因子为1.5，而国产沥青在相同温度下车辙因子为1.2。这表明进口沥青在高温下抵抗车辙的能力更强。

   再通过BBR试验在 - 18°C时比较两者的低温性能。进口沥青的劲度模量 S(t) 为300MPa， m 值为0.35；国产沥青的劲度模量 S(t) 为350MPa， m 值为0.3。这说明进口沥青的低温性能也略优于国产沥青。

   然而，考虑到成本因素，如果工程对高温性能要求不是非常高（如轻交通道路），国产沥青在满足基本要求的情况下，由于其价格优势，可以作为优先选择的材料。