复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的多维度解析与提升策略研究

复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的多维度解析与提升策略研究一、引言1.1研究背景与意义随着我国交通事业的蓬勃发展，公路交通量持续增长，车辆的轴载和轮压不断增大，同时极端气候条件频发，使得沥青路面面临着严峻的考验。车辙作为沥青路面最主要的病害之一，严重影响了道路的使用性能和服务质量。车辙是指路面在车辆荷载反复作用下，沿行车轮迹产生的纵向带状凹槽。其不仅破坏了路面的平整度，导致车辆行驶时产生颠簸、跑偏等问题，降低了行车舒适性，还会加速轮胎磨损，增加车辆燃油消耗。当车辙深度达到一定程度时，甚至会影响行车安全，引发交通事故。据相关统计数据显示，在我国部分重载交通路段和高温地区，沥青路面在通车后短时间内就出现了较为严重的车辙病害，这不仅增加了道路养护成本，也对交通运输的高效和安全构成了威胁。沥青路面产生车辙的原因是多方面的，包括沥青混合料的性能、路面结构设计、施工质量以及交通和气候条件等。其中，沥青混合料的性能是影响车辙形成的关键因素之一。传统的基质沥青在高温下容易变软，抗变形能力不足，难以满足现代交通对路面性能的要求。因此，通过对沥青进行改性，提高沥青混合料的高温稳定性和抗车辙性能，成为解决沥青路面车辙问题的重要途径。复合改性沥青是将两种或两种以上的改性剂复合使用，对沥青进行改性，以充分发挥不同改性剂的优势，弥补单一改性剂的不足，从而获得性能更优异的沥青结合料。与单一改性沥青相比，复合改性沥青能够在提高沥青混合料高温稳定性的同时，兼顾其低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳耐久性等性能，具有更广阔的应用前景。研究复合改性沥青及沥青混合料的抗车辙性能，对于提升道路质量、保障交通安全具有重要的现实意义。一方面，通过优化复合改性沥青的配方和制备工艺，提高沥青混合料的抗车辙性能，可以有效延长道路的使用寿命，减少道路养护和维修成本，提高道路的经济效益和社会效益。另一方面，优良的抗车辙性能能够确保路面在长期交通荷载作用下保持良好的平整度和行驶性能，为车辆提供安全、舒适的行驶环境，促进交通运输的高效运行。此外，开展复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的研究，还可以推动道路材料科学的发展，为新型道路材料的研发和应用提供理论支持和技术参考。1.2国内外研究现状在国外，对于复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的研究开展较早，且取得了丰硕的成果。美国战略公路研究计划（SHRP）对沥青结合料的性能进行了系统研究，提出了基于性能的沥青路面设计方法，为复合改性沥青的研究提供了理论基础。美国材料与试验协会（ASTM）制定了一系列关于沥青及沥青混合料性能测试的标准方法，如ASTMD6373规定了采用动态剪切流变仪（DSR）测试沥青的高温性能，为评价复合改性沥青的性能提供了技术手段。欧洲在复合改性沥青的研究和应用方面也处于领先地位。法国、德国等国家在高模量沥青混合料和复合改性沥青路面的研究和实践中积累了丰富的经验。法国的高模量沥青混合料（HMA）通过添加特定的改性剂和优化级配，显著提高了沥青路面的抗车辙性能和承载能力，在法国的高速公路和城市道路建设中得到了广泛应用。德国则注重复合改性沥青的性能优化和工程应用，研发了多种高性能的复合改性沥青产品，并制定了相应的技术规范和标准。日本在复合改性沥青及沥青混合料的研究方面也有独特的见解。他们针对本国的气候和交通条件，开展了大量的室内试验和现场研究，开发出了适用于不同环境条件的复合改性沥青技术。例如，日本的橡胶粉复合改性沥青技术，通过将橡胶粉与其他改性剂复合使用，有效提高了沥青混合料的低温抗裂性和抗疲劳耐久性，同时在一定程度上改善了其高温稳定性。在国内，随着公路建设的快速发展，对复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的研究也日益受到重视。众多科研机构和高校开展了相关研究工作，取得了一系列有价值的成果。长安大学的研究团队对不同改性剂复合改性沥青的性能进行了深入研究，分析了改性剂的种类、掺量以及制备工艺对沥青性能的影响规律，通过车辙试验、低温弯曲试验等方法，评价了复合改性沥青混合料的路用性能。东南大学则在复合改性沥青混合料的配合比设计和施工技术方面进行了大量研究。他们提出了基于体积设计法的复合改性沥青混合料配合比设计方法，通过优化级配和控制沥青用量，提高了沥青混合料的抗车辙性能和水稳定性。同时，还对复合改性沥青混合料的施工工艺进行了研究，提出了合理的施工温度、压实工艺等参数，确保了工程质量。此外，一些企业也积极参与到复合改性沥青的研究和开发中，如中石化、中石油等大型石油企业，通过自主研发和技术引进，生产出了多种高性能的复合改性沥青产品，并在实际工程中得到了应用。尽管国内外在复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。部分研究仅关注复合改性沥青及沥青混合料的单一性能，如高温稳定性或低温抗裂性，而对其综合性能的研究相对较少。不同改性剂之间的协同作用机制尚未完全明确，导致在复合改性沥青的配方设计和制备工艺上缺乏系统性和科学性。在实际工程应用中，复合改性沥青及沥青混合料的性能受施工工艺、环境条件等因素的影响较大，但目前对于这些因素的影响规律和控制方法的研究还不够深入。此外，针对不同交通条件和气候环境，如何选择合适的复合改性沥青配方和沥青混合料类型，也缺乏系统的理论指导和实践经验总结。因此，开展复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的研究具有重要的理论和实际意义，有待进一步深入探索和完善。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究将围绕复合改性沥青及沥青混合料的抗车辙性能展开全面、深入的研究，具体内容如下：复合改性沥青性能研究：对多种常见改性剂，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、橡胶粉、抗车辙剂等，进行单独及复合改性沥青试验。分析不同改性剂的特性、作用机理以及在不同掺量下对沥青基本性能指标，包括针入度、软化点、延度等的影响。通过动态剪切流变试验（DSR），获取复合改性沥青的复数剪切模量、相位角等参数，研究其在不同温度和加载频率下的黏弹性能，深入了解复合改性沥青的高温性能提升机制。沥青混合料组成设计与性能评价：依据沥青混合料设计规范，采用马歇尔设计方法，设计不同类型的沥青混合料配合比，包括AC型、SMA型等。将复合改性沥青应用于沥青混合料中，通过车辙试验，测定不同混合料的动稳定度、变形速率等指标，对比分析不同类型沥青混合料在复合改性沥青作用下的抗车辙性能差异。同时，开展低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等，评价复合改性沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性和抗冻融性能，全面评估其路用性能。抗车辙性能影响因素分析：系统研究影响复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的多种因素。在材料因素方面，探究集料的种类、形状、级配，矿粉的品质、用量，以及沥青与集料的粘附性等对混合料抗车辙性能的影响规律。在环境因素方面，考虑不同温度、湿度条件下，复合改性沥青及沥青混合料的性能变化，分析温度循环、湿度变化对车辙形成的影响机制。此外，研究交通荷载因素，如轴载大小、荷载作用次数、加载速度等，对沥青混合料抗车辙性能的作用，明确各因素与抗车辙性能之间的关系。复合改性方案对比与优化：对不同复合改性方案进行对比分析，从改性剂种类、掺量、复合方式等方面进行组合设计，研究不同方案下复合改性沥青及沥青混合料的性能特点。综合考虑高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳耐久性以及经济性等因素，建立复合改性沥青及沥青混合料性能评价体系，运用层次分析法、灰色关联分析等方法，对不同复合改性方案进行综合评价和优化，筛选出最佳的复合改性方案，为实际工程应用提供科学依据。工程应用案例分析：选取典型的道路工程案例，对采用复合改性沥青及沥青混合料的路面进行实地调研和监测。在工程施工过程中，跟踪记录复合改性沥青及沥青混合料的生产、运输、摊铺、碾压等施工工艺参数，分析施工工艺对其性能的影响。在路面通车后，定期检测路面的车辙深度、平整度、抗滑性能等指标，评估复合改性沥青及沥青混合料在实际工程中的应用效果。通过对工程案例的分析，总结经验教训，提出在实际工程应用中需要注意的问题和改进措施，为复合改性沥青及沥青混合料的广泛应用提供实践参考。1.3.2研究方法本研究将综合运用试验研究、数值模拟和理论分析等多种方法，深入探究复合改性沥青及沥青混合料的抗车辙性能。试验研究方法：室内试验：在实验室环境下，严格按照相关标准和规范，进行沥青及沥青混合料的各项性能测试。利用沥青三大指标试验仪，精确测定沥青的针入度、软化点和延度；采用动态剪切流变仪（DSR），开展复合改性沥青的黏弹性能测试；通过车辙试验机，进行沥青混合料的车辙试验，获取动稳定度等抗车辙性能指标；运用低温弯曲试验仪、浸水马歇尔试验仪、冻融劈裂试验仪等设备，分别测试沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性和抗冻融性能。通过室内试验，系统研究复合改性沥青及沥青混合料的性能特点和变化规律。现场试验：选择合适的道路工程现场，进行复合改性沥青及沥青混合料的铺筑试验。在现场试验中，严格控制施工工艺参数，包括沥青加热温度、集料加热温度、拌和时间、摊铺温度、碾压遍数等，确保施工质量。在路面铺筑完成后，对路面进行现场检测，如钻芯取样检测压实度、平整度检测、构造深度检测等，评估复合改性沥青及沥青混合料在实际工程中的施工性能和路用性能。数值模拟方法：运用有限元软件，如ABAQUS、ANSYS等，建立沥青路面结构的三维数值模型。在模型中，考虑沥青混合料的非线性黏弹特性、材料的本构关系以及路面结构的层间接触条件等因素。通过施加不同的荷载工况，模拟车辆荷载在路面上的作用，分析路面结构内部的应力、应变分布情况，预测车辙的发展过程。利用数值模拟方法，可以深入研究复合改性沥青及沥青混合料在复杂受力条件下的力学响应，为路面结构设计和优化提供理论支持。理论分析方法：基于材料科学、力学原理和沥青路面设计理论，对复合改性沥青及沥青混合料的抗车辙性能进行理论分析。从微观角度，分析改性剂与沥青之间的相互作用机理，探讨复合改性沥青的微观结构对其宏观性能的影响；从宏观角度，研究沥青混合料的组成结构、力学性能与抗车辙性能之间的关系，建立相关的理论模型。运用数理统计方法，对试验数据进行分析和处理，总结各因素与抗车辙性能之间的定量关系，为复合改性沥青及沥青混合料的设计和性能评价提供理论依据。二、复合改性沥青概述2.1复合改性沥青的定义与分类复合改性沥青是一种通过在基质沥青中添加两种或两种以上改性剂，经过特定工艺处理，使多种改性剂在沥青中协同作用，从而显著改善沥青性能的新型沥青材料。其制备过程并非简单的物理混合，而是多种改性剂与基质沥青之间发生复杂的物理、化学作用，促使沥青的微观结构和宏观性能发生改变。例如，不同改性剂之间可能形成相互交织的网络结构，增强沥青的内聚力和抵抗变形的能力；某些改性剂还可能与沥青中的组分发生化学反应，改变沥青的化学组成和分子结构，进而提升沥青的综合性能。根据所使用改性剂种类的不同，复合改性沥青主要可分为以下几类：聚合物复合改性沥青：以聚合物为主要改性剂，常见的聚合物包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）等。SBS因其独特的两相结构，在沥青中能够形成物理交联网络，有效提升沥青的高温稳定性和低温抗裂性，是目前应用最为广泛的聚合物改性剂之一。将SBS与其他聚合物（如EVA）复合使用，可进一步优化沥青的性能。EVA能够提高沥青的软化点和黏度，增强沥青的高温稳定性，与SBS协同作用，使复合改性沥青在高低温性能、抗老化性能等方面表现更为出色。废塑料、橡胶复合改性沥青：利用废旧塑料和橡胶作为改性剂，不仅能改善沥青性能，还能实现固体废弃物的资源化利用，具有显著的环保效益和经济效益。废旧轮胎加工成的橡胶粉，富含弹性成分，掺入沥青后可增强沥青的弹性恢复能力，提高沥青的抗疲劳性能和高温稳定性；同时，橡胶粉还能吸收沥青中的轻质组分，降低沥青的温度敏感性。废旧塑料（如聚乙烯、聚丙烯等）具有较高的软化点和强度，可有效提高沥青的高温稳定性和路面的承载能力。将橡胶粉与废旧塑料复合用于沥青改性，能够充分发挥两者的优势，使复合改性沥青在高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能等方面得到全面提升。纤维与聚合物复合改性沥青：在聚合物改性沥青的基础上，添加纤维材料（如木质素纤维、矿物纤维、玻璃纤维等）。纤维材料具有良好的加筋和吸附作用，能够均匀分散在沥青中，形成三维网状结构，有效增强沥青的内聚力和黏结力。木质素纤维具有较大的比表面积和较强的吸附能力，能吸附沥青中的自由沥青，增加沥青膜的厚度，提高沥青与集料之间的黏附性；同时，木质素纤维还能起到加筋作用，增强沥青混合料的整体强度和稳定性。将木质素纤维与SBS等聚合物复合使用，可使复合改性沥青在高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能等方面得到进一步改善。抗车辙剂与其他改性剂复合改性沥青：抗车辙剂是一种专门用于提高沥青混合料抗车辙性能的添加剂，通常由多种高分子聚合物和助剂组成。抗车辙剂在沥青中能够形成刚性的网络结构，限制沥青的流动，增强沥青混合料的骨架作用，从而显著提高其抗车辙性能。将抗车辙剂与SBS、橡胶粉等其他改性剂复合使用，可在提高沥青混合料抗车辙性能的同时，兼顾其低温抗裂性、水稳定性等其他性能。抗车辙剂与SBS复合改性沥青，既能利用SBS改善沥青的高低温性能，又能通过抗车辙剂增强沥青混合料的抗车辙能力，使复合改性沥青在重载交通和高温环境下具有更好的路用性能。2.2常见复合改性沥青的制备工艺2.2.1SBS与胶粉复合改性沥青制备以AH-70为基质沥青，SBS与胶粉复合改性沥青的制备是一个精细且有序的过程。首先，对基质沥青进行脱水处理，将其加热至130-150℃，保持一段时间，确保水分完全蒸发，以避免水分对后续改性过程产生不良影响。与此同时，对胶粉和SBS也需进行脱水操作，将它们置于40-60℃的环境中烘干，去除所含水分，保证改性剂的性能稳定。在改性剂的预处理阶段，将粒径控制在40-60目的废旧轮胎橡胶粉、芳烃油以及作为裂解剂的三氧化二铁按照一定比例称取后，混合搅拌8-15min。随后，将混合物在100-120℃的条件下进行预活化50-70min。此过程中，三氧化二铁作为裂解剂，通过断裂橡胶粉中的S-C键和S-S键，使橡胶粉原本的交联结构转变为以C-C链为主的分子链，降低橡胶粉的分子量，使其粒径变得更细小，从而更易在沥青中溶胀，提升与沥青的相容性。接着，将SBS颗粒打碎成粉末状，以便其能更均匀地分散在基质沥青中。把脱水后的基质沥青升温至150-170℃并保持恒定，使其达到充分流动的状态，为后续改性剂的加入创造良好的条件。在剪切过程中，先将SBS粉末缓慢加入到基质沥青中，搅拌均匀后进行10-20min的预剪切，预剪切速率控制在3000-4000r/min。这一步骤有助于SBS粉末初步分散在沥青中，形成初步的混合体系。随后，加入经过预活化处理的橡胶粉，同样进行10-20min的预剪切，进一步促进橡胶粉在沥青中的分散。接着，将整个体系的剪切速率提高到6000-7000r/min，在180-200℃的温度下进行正式剪切，时间控制在70-90min。在高速剪切和高温的作用下，SBS和橡胶粉与基质沥青充分混合，SBS在沥青中形成物理交联网络，橡胶粉则溶胀并分散其中，与SBS协同作用，共同改善沥青的性能。剪切完成后，将复合改性沥青在150-170℃条件下发育1-3h。在发育过程中，改性剂与沥青之间的相互作用进一步深化，体系逐渐趋于稳定，使复合改性沥青的性能得到充分优化，最终制得性能优良的SBS与胶粉复合改性沥青。2.2.2废塑料、废橡胶复合改性沥青制备废塑料、废橡胶复合改性沥青的制备是实现固体废弃物资源化利用的重要途径，其制备流程较为复杂，需要多个步骤的协同配合。首先，对回收的废塑料进行严格的人工筛选。由于回收的废塑料种类繁多，包含低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等多种类型，而适合用于改性沥青的主要是低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯。通过人工筛选，去除杂质和不适合的塑料类型，确保用于改性沥青制备的废塑料质量。筛选后的废塑料需进行两级粉碎处理，将其破碎成较小的颗粒，以便后续加工。随后，废塑料颗粒进入浮选槽进行清洗和浮选，通过物料泵进行循环清洗，去除废塑料表面的污垢和杂质。清洗后的废塑料送入挤压脱水机，去除多余水分，再送入烘干管道进行烘干处理，使废塑料达到合适的含水量。烘干后的废塑料进入计量秤计量，计量后装袋备用。在制备改性沥青时，先将沥青投入搅拌器并进行计量，对沥青进行加热。当沥青温度达到150℃时，加入经过计量的废胶粉，同时加入3-5%的煤焦油和0.1-0.15%的活化剂，保持温度在160℃左右，搅拌半小时。煤焦油具有良好的粘结性和流动性，能够改善沥青的性能；活化剂则可促进废胶粉与沥青之间的相互作用，提高改性效果。半小时后，加入4-6%的聚乙烯，此时搅拌器进行高速搅拌，使聚乙烯迅速分散在沥青中。高速搅拌有助于聚乙烯与沥青充分混合，形成均匀的体系。半小时后，将温度升高到185℃，加入0.3-0.85%的聚丙烯，随后降低搅拌速度，继续搅拌半小时。聚丙烯的加入进一步优化了沥青的性能，低速搅拌则有利于体系的稳定，使各成分充分反应和融合，最终制得废塑料、废橡胶复合改性沥青。2.3复合改性沥青的性能特点与普通沥青相比，复合改性沥青在高温稳定性、低温抗裂性和耐久性等方面具有显著的性能优势，能有效提升沥青路面的使用性能和使用寿命。高温稳定性：普通沥青在高温条件下，由于其黏度降低，分子间作用力减弱，容易发生软化和流动，导致路面在车辆荷载作用下产生较大的塑性变形，进而形成车辙等病害。复合改性沥青通过添加多种改性剂，显著改善了其高温性能。以SBS与胶粉复合改性沥青为例，SBS在沥青中形成物理交联网络，限制了沥青分子的流动，提高了沥青的高温黏度；胶粉则通过溶胀作用，增加了沥青的内聚力和弹性成分，进一步增强了沥青抵抗高温变形的能力。相关研究表明，SBS与胶粉复合改性沥青的软化点相比普通沥青可提高10-20℃，在60℃下的复数剪切模量显著增大，相位角减小，表明其在高温下具有更强的抗变形能力和更好的弹性响应，有效提高了路面的高温稳定性，降低了车辙病害的发生概率。低温抗裂性：在低温环境中，普通沥青的脆性增加，柔韧性降低，当受到温度应力、车辆荷载等作用时，容易产生裂缝，裂缝的扩展会进一步导致路面结构的破坏。复合改性沥青在低温抗裂性方面表现出色。例如，橡胶粉复合改性沥青，橡胶粉中的弹性成分在低温下能够吸收和分散应力，使沥青的柔韧性得到提高，有效抑制裂缝的产生和发展。同时，一些聚合物改性剂（如SBS）在低温下能够增强沥青的弹性恢复能力，使沥青在受到拉伸变形后能够迅速恢复原状，减少裂缝的形成。研究数据显示，橡胶粉复合改性沥青在-10℃下的延度比普通沥青提高50%以上，低温弯曲试验中的破坏应变也明显增大，表明其具有良好的低温抗裂性能，能够适应寒冷地区的气候条件，延长路面的使用寿命。耐久性：普通沥青在长期使用过程中，受到紫外线、氧气、水分等环境因素的作用，容易发生老化，导致性能劣化，缩短路面的使用寿命。复合改性沥青通过多种改性剂的协同作用，提高了其耐久性。一方面，某些改性剂（如抗老化剂）能够抑制沥青的氧化反应，减缓沥青的老化速度；另一方面，复合改性沥青形成的特殊微观结构，增强了沥青对环境因素的抵抗能力。例如，纤维与聚合物复合改性沥青中，纤维的加筋作用和吸附作用，使沥青膜的厚度增加，提高了沥青与集料之间的黏附性，减少了水分对沥青的侵蚀，从而提高了沥青混合料的水稳定性和耐久性。此外，复合改性沥青的抗疲劳性能也得到了提升，在车辆荷载的反复作用下，能够承受更多的加载次数而不发生破坏，进一步延长了路面的使用寿命。三、沥青混合料车辙形成机理及影响因素3.1车辙形成机理车辙是沥青路面在车辆荷载反复作用下产生的永久性变形，是沥青路面最常见的病害之一。车辙的产生不仅影响路面的平整度，导致行车舒适性降低，还会加速路面的损坏，缩短路面的使用寿命。在渠化交通的道路上，车辆的行驶轨迹相对固定，使得路面在车轮荷载的反复作用下，更容易产生车辙。从沥青混合料的内部结构变化来看，车辙的形成过程可分为三个阶段。在初始阶段，即压密过程。当沥青路面碾压成型并开放交通后，沥青面层及各结构层材料中存在一定的空隙。在汽车荷载的作用下，这些空隙会逐渐被压缩，材料进一步压密。此阶段的变形主要是由于材料内部颗粒之间的重新排列和相互填充，空隙率减小，沥青混合料逐渐趋于密实。例如，在新铺筑的沥青路面通车初期，车辆行驶会使路面产生一定的沉降，这就是压密过程的体现。随着荷载作用次数的增加，进入沥青混合料的流动过程。在高温环境下，沥青混合料处于以粘性为主的粘弹性状态。车轮荷载的作用会使沥青及沥青胶浆产生流动，导致混合料的网络骨架结构失稳。由于沥青胶浆的流动性，在车轮的挤压下，沥青及胶浆会向两侧流动，使轮迹带处的沥青面层逐渐下凹，而两侧则伴随着隆起，这是车辙形成的关键阶段。相关研究表明，在高温季节，沥青路面的车辙发展速度明显加快，这与沥青混合料在高温下的流动特性密切相关。当沥青混合料的流动达到一定程度后，矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏阶段开始。此时，处于半固体状态的沥青混合料，由于沥青及沥青胶浆在荷载作用下的流动，矿质骨架逐渐成为荷载的主要承担者。在沥青的润滑作用下，矿质集料会产生错动，进一步促使沥青及胶浆向其富集区流动。随着矿质集料的不断错动和重新排列，矿质骨架的结构逐渐被破坏，无法有效地抵抗荷载的作用，导致车辙深度不断增大。在车辙严重的路段，可以观察到路面表面的集料出现松动、脱落等现象，这就是矿质骨架破坏的表现。沥青混合料作为一种粘弹性材料，在恒定荷载作用下，变形随时间不断增长，这种特性称为蠕变。材料的蠕变过程可分为三个阶段，第一阶段为迁移蠕变，变形速率逐渐减小；第二阶段是稳定蠕变阶段，变形速率保持稳定；第三阶段为加速蠕变阶段，变形急剧增大，是破坏的开始。车辙的形成过程与沥青混合料的蠕变特性密切相关，在车辙发展的初期，主要处于迁移蠕变阶段，车辙深度增长较慢；随着荷载作用时间的延长，进入稳定蠕变阶段，车辙深度呈线性增长；当达到加速蠕变阶段时，车辙深度迅速增大，路面出现严重的损坏。目前，轮辙试验是常用的评价沥青混合料高温稳定性和车辙性能的方法。该试验通过沿同一轨道往复行驶的轮胎荷载来模拟车辆荷载对路面的作用，并测量某一温度下，同一轮载点的累计变形量，即轮辙深度。通常将其流动曲线上某一直线段的斜率定义为动稳定度，动稳定度越大，表明沥青混合料抵抗车辙变形的能力越强。3.2影响沥青混合料抗车辙性能的内在因素3.2.1集料特性集料作为沥青混合料的主要组成部分，其特性对沥青混合料的抗车辙性能有着至关重要的影响。这些特性包括集料的形状、粗糙度、硬度等，它们直接关系到混合料的内摩阻力和整体性能。集料的形状对沥青混合料的内摩阻力影响显著。一般来说，形状接近立方体、多棱角的集料，在混合料中相互嵌挤的效果更好，能够提供更大的内摩阻力。例如，玄武岩集料由于其多棱角、表面粗糙的特点，与沥青的粘结力较强，在沥青混合料中能够形成更稳定的骨架结构，从而有效提高混合料的抗车辙性能。相比之下，针片状颗粒含量较高的集料，在受到外力作用时容易发生滑动和折断，降低混合料的内摩阻力和抗变形能力，使车辙更容易产生。集料的粗糙度也对其与沥青的粘结力和混合料的抗车辙性能有重要作用。表面粗糙的集料能够增加与沥青的接触面积，提高两者之间的粘结力，使沥青更好地包裹集料，形成稳定的沥青-集料体系。这样的体系在车辆荷载作用下，能够更有效地抵抗变形，减少车辙的产生。例如，石灰岩集料表面具有一定的粗糙度，与沥青的粘附性较好，在沥青混合料中能够发挥良好的作用。以AC-13C沥青混合料为例，为研究集料特性对其抗车辙性能的影响，采用相同沥青用量、相近级配，分别选用济南产的石灰岩和章丘产的玄武岩进行车辙试验。试验结果表明，采用玄武岩集料的AC-13C沥青混合料动稳定度明显高于采用石灰岩集料的混合料。这是因为玄武岩集料的压碎值较低，硬度较大，在荷载作用下更不易被压碎，能够更好地维持混合料的骨架结构；同时，玄武岩集料的形状更接近立方体，多棱角，内摩阻力更大，使得混合料抵抗车辙变形的能力更强。3.2.2矿料级配矿料级配是影响沥青混合料抗车辙性能的关键因素之一，不同的矿料级配类型会形成不同的骨架结构，进而对混合料的抗车辙性能产生显著影响。连续级配的沥青混合料，其矿料颗粒由大到小连续分布，细集料较多，能够填充粗集料之间的空隙，使混合料具有较好的密实度和耐久性。然而，在高温和重载交通条件下，连续级配混合料中的细集料容易在沥青胶浆的润滑作用下发生流动，导致混合料的抗车辙性能相对较弱。间断级配的沥青混合料，是在连续级配的基础上，剔除了某些粒径范围的颗粒，形成了粗细集料较多、中间粒径集料较少的级配。这种级配能够使粗集料相互接触，形成紧密的骨架结构，增强混合料的内摩阻力和抗变形能力。例如，SMA（沥青玛蹄脂碎石混合料）就属于间断级配，其粗集料含量较高，相互嵌挤形成骨架，同时沥青玛蹄脂填充在骨架空隙中，不仅提高了混合料的高温稳定性，还改善了其低温抗裂性和水稳定性。研究表明，适当增加粗集料的含量，能够提高沥青混合料的抗车辙性能。这是因为粗集料在混合料中起到骨架作用，能够承受大部分荷载，减少沥青胶浆的流动和变形。同时，合理控制细集料和矿粉的含量，确保沥青与矿料之间的粘结力，也是提高混合料抗车辙性能的重要措施。3.2.3沥青性质与用量沥青作为沥青混合料中的粘结剂，其性质和用量对混合料的抗车辙性能有着直接的影响。不同种类的沥青，其性能存在显著差异，对沥青混合料抗车辙性能的影响也各不相同。基质沥青在高温下容易变软，抗变形能力较弱，难以满足现代交通对路面性能的要求。而改性沥青通过添加改性剂，改善了沥青的性能，使其在高温稳定性、低温抗裂性等方面都有显著提升。例如，SBS改性沥青，由于SBS在沥青中形成物理交联网络，增加了沥青的粘度和弹性，提高了其高温稳定性和抗车辙性能。在相同的试验条件下，SBS改性沥青混合料的动稳定度明显高于基质沥青混合料。沥青用量的变化与车辙的产生密切相关。当沥青用量过少时，沥青无法充分包裹集料，导致集料之间的粘结力不足，混合料的整体性和稳定性下降，容易在车辆荷载作用下产生松散和剥落，进而形成车辙。相反，沥青用量过多，会使混合料中的自由沥青增多，降低集料之间的嵌挤作用，使混合料在高温下更容易发生流动变形，导致车辙深度增大。研究表明，存在一个最佳沥青用量范围，在此范围内，沥青混合料的抗车辙性能最佳。在实际工程中，应通过试验确定最佳沥青用量，以确保沥青混合料具有良好的抗车辙性能和其他路用性能。3.2.4填料种类填料在沥青混合料中虽然所占比例较小，但对沥青与矿料间的粘结力及抗车辙性能有着重要影响。不同种类的填料，其化学组成和物理特性各不相同，对沥青混合料性能的影响也存在差异。石灰岩矿粉是沥青混合料中常用的填料之一。它具有良好的化学活性，能够与沥青发生物理吸附和化学吸附作用，形成较强的粘结力。石灰岩矿粉的比表面积较大，能够吸附更多的沥青，使沥青膜变厚，增强沥青与集料之间的粘附性。在高温条件下，石灰岩矿粉能够提高沥青胶浆的粘度，限制沥青的流动，从而增强沥青混合料的抗车辙性能。水泥作为一种特殊的填料，也可用于沥青混合料中。水泥具有水硬性，在与沥青和集料混合后，能够发生水化反应，生成具有胶凝性的物质，进一步增强沥青与矿料之间的粘结力。水泥的加入还可以提高沥青混合料的早期强度和整体稳定性，使其在重载交通和恶劣环境条件下具有更好的抗车辙性能。研究表明，合理选择填料种类和控制填料用量，能够有效提高沥青与矿料间的粘结力，改善沥青混合料的抗车辙性能。在实际工程中，应根据具体情况，选择合适的填料，并通过试验确定其最佳用量，以充分发挥填料的作用。3.3影响沥青混合料抗车辙性能的外部因素3.3.1交通荷载交通荷载是导致沥青路面车辙产生的直接外部因素，其包括轴载大小、轮胎压力、车辆行驶速度和交通量等多个方面，这些因素相互作用，对车辙的产生和发展有着显著影响。轴载大小对车辙深度有着决定性作用。随着轴载的增大，路面所承受的垂直压力和水平剪切力显著增加，使得沥青混合料更容易发生塑性变形，从而加速车辙的形成。根据相关研究，轴载增加一倍，车辙深度可能会增加数倍。在重载交通路段，如矿山运输道路、港口疏港公路等，由于车辆轴载较大，路面在通车后短时间内就可能出现严重的车辙病害。轮胎压力同样对车辙产生重要影响。轮胎压力过高，会使轮胎与路面的接触面积减小，单位面积上的压力增大，导致路面受到的应力集中，加速沥青混合料的变形。研究表明，轮胎压力每增加0.1MPa，车辙深度可能会增加10%-20%。一些超载车辆为了承载更多货物，往往会提高轮胎压力，这进一步加剧了路面的车辙病害。车辆行驶速度对车辙的影响主要体现在荷载作用时间上。车辆行驶速度越慢，荷载作用时间越长，沥青混合料在持续荷载作用下更容易发生蠕变变形，从而导致车辙深度增大。在交通拥堵路段、收费站、交叉口等车辆行驶缓慢的区域，车辙病害往往更为严重。交通量也是影响车辙的重要因素之一。随着交通量的增加，路面受到的荷载作用次数增多，沥青混合料的疲劳损伤加剧，抗车辙能力逐渐下降，车辙深度不断累积增大。在交通繁忙的高速公路和城市主干道上，由于交通量大，车辙病害的发展速度明显快于交通量较小的道路。3.3.2气候条件气候条件是影响沥青混合料性能和车辙产生的重要外部因素，主要包括高温、多雨、冻融循环等。这些气候因素会对沥青混合料的物理性能和力学性能产生影响，进而导致车辙的产生和发展。高温是导致车辙产生的关键气候因素之一。在高温环境下，沥青的粘度降低，沥青混合料的强度和抗变形能力显著下降。此时，车辆荷载作用下，沥青混合料更容易发生流动变形，从而加速车辙的形成。在炎热的夏季，特别是在南方高温地区，沥青路面的车辙病害往往更为严重。研究表明，当路面温度达到60℃以上时，车辙深度的增长速度明显加快，沥青混合料的动稳定度大幅降低，抗车辙性能急剧下降。多雨的气候条件会对沥青混合料的性能产生不利影响，进而导致车辙的产生。雨水会渗入沥青路面内部，使沥青与集料之间的粘附力下降，削弱沥青混合料的整体强度。在车辆荷载作用下，水分的存在会加剧沥青混合料的冲刷和剥落，导致路面结构损坏，车辙深度增大。长期处于多雨环境中的路面，其车辙病害往往比干燥地区更为严重，而且还容易引发其他病害，如坑槽、唧泥等。冻融循环是寒冷地区特有的气候条件，对沥青混合料的抗车辙性能也有较大影响。在冬季，沥青路面中的水分会结冰膨胀，对路面结构产生较大的冻胀力，使沥青混合料内部产生微裂缝。当春季气温升高，冰融化成水后，这些微裂缝又会在车辆荷载作用下进一步扩展，导致路面强度下降，抗车辙性能降低。经过多次冻融循环后，沥青混合料的性能逐渐劣化，车辙深度不断增大，路面的使用寿命也会显著缩短。四、复合改性沥青对沥青混合料抗车辙性能的作用机制4.1复合改性沥青的改性机理4.1.1物理改性复合改性沥青的物理改性是通过添加改性剂，如SBS、橡胶粉等，使改性剂在沥青中均匀分散，从而改变沥青的物理状态和性能。以SBS改性沥青为例，SBS是一种热塑性弹性体，具有聚苯乙烯段和聚丁二烯段。在高温下，SBS颗粒在沥青中溶胀、分散，聚苯乙烯段形成物理交联点，聚丁二烯段则赋予沥青弹性。这些交联点在沥青中形成三维网络结构，限制了沥青分子的自由运动，增加了沥青的粘度和弹性，提高了沥青的高温稳定性和抗变形能力。当沥青受到外力作用时，SBS形成的网络结构能够有效地传递和分散应力，阻止沥青分子的流动和变形。在车辙试验中，车轮荷载作用下，普通沥青容易发生流动变形，而SBS改性沥青由于网络结构的存在，能够抵抗这种变形，保持较好的形状稳定性，从而提高了沥青混合料的抗车辙性能。橡胶粉改性沥青也是通过物理改性机制来改善沥青性能的。橡胶粉由废旧轮胎加工而成，具有较高的弹性和韧性。在沥青中加入橡胶粉后，橡胶粉颗粒在沥青中均匀分散，形成一种填充结构。橡胶粉的弹性成分能够吸收和分散应力，增加沥青的柔韧性和弹性恢复能力。同时，橡胶粉还能吸附沥青中的轻质组分，降低沥青的温度敏感性，使沥青在高温下不易变软，低温下不易变脆。研究表明，在沥青中添加适量的橡胶粉，可以显著提高沥青的软化点和延度，降低针入度，改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性。在实际工程中，橡胶粉改性沥青常用于提高路面的抗疲劳性能和抗车辙性能，特别是在重载交通路段和易出现车辙病害的地区，具有良好的应用效果。4.1.2化学改性复合改性沥青的化学改性是指改性剂与沥青中的活性成分发生化学反应，形成新的化学键或交联结构，从而改变沥青的化学组成和分子结构，提高沥青的性能。以SBS/硫复合改性沥青为例，在制备过程中，硫磺作为交联剂，能够诱导SBS与沥青发生化学反应。SBS中的双键与硫磺发生交联反应，形成稳定的网络结构，使SBS与沥青之间的相互作用更强，提高了沥青的储存稳定性和高低温性能。微观观察表明，加硫后SBS改性沥青的“海岛”形态转变为均匀连续的双相结构，这种结构的改变使得沥青的性能得到显著提升。在复合改性沥青中，某些改性剂还可以与沥青中的沥青质、胶质等成分发生化学反应，生成新的化合物，从而改变沥青的化学性质。例如，一些聚合物改性剂可以与沥青质发生反应，形成聚合物-沥青复合物，这种复合物具有更高的分子量和更强的分子间作用力，能够提高沥青的抗高温变形能力和抗低温开裂能力。化学改性还可以改善沥青与集料之间的粘附性。通过在沥青中添加具有活性基团的改性剂，这些活性基团能够与集料表面的化学成分发生化学反应，形成化学键，增强沥青与集料之间的粘结力。这种增强的粘附性可以提高沥青混合料的水稳定性和抗车辙性能，减少路面病害的发生。4.2复合改性沥青对沥青混合料内部结构的影响4.2.1增强沥青与集料的粘结复合改性沥青中的活性成分能够显著改善沥青与集料的界面粘结状况，进而提升混合料的整体强度和抗变形能力。以SBS改性沥青为例，SBS作为一种热塑性弹性体，在沥青中形成的三维网络结构不仅增强了沥青自身的性能，还对沥青与集料的粘结产生了积极影响。SBS分子中的苯乙烯段具有较强的极性，能够与集料表面的极性基团发生物理吸附和化学吸附作用。这种吸附作用使得沥青与集料之间的粘结力增强，有效防止了在车辆荷载作用下沥青从集料表面剥落。在高温环境下，SBS改性沥青的粘度增加，其与集料之间的粘结力也随之增强，进一步提高了混合料抵抗变形的能力。橡胶粉复合改性沥青中，橡胶粉的弹性成分能够填充沥青与集料之间的微小空隙，增加两者的接触面积，从而提高粘结力。橡胶粉还能够吸收沥青中的轻质组分，使沥青的性质更加稳定，进一步增强了沥青与集料的粘结效果。研究表明，通过在沥青中添加适量的抗剥落剂等活性成分，可以显著提高沥青与集料的粘附性。抗剥落剂中的活性基团能够与沥青和集料表面发生化学反应，形成化学键，增强两者之间的粘结力。在实际工程中，使用复合改性沥青并添加抗剥落剂，能够有效提高沥青路面的水稳定性和抗车辙性能，减少路面病害的发生。4.2.2优化混合料骨架结构复合改性沥青对矿料的分布和排列有着重要影响，能够促使形成更稳定的骨架结构，从而增强混合料抵抗车辙的能力。在复合改性沥青混合料中，改性剂的加入改变了沥青的粘度和流变性能，使得沥青对矿料的包裹和粘结作用发生变化。以SMA（沥青玛蹄脂碎石混合料）为例，复合改性沥青在SMA中能够更好地填充粗集料之间的空隙，形成均匀的沥青玛蹄脂。这种沥青玛蹄脂不仅具有较高的粘度和粘结力，还能够有效地将粗集料粘结在一起，形成紧密的骨架结构。在高温和重载交通条件下，SMA中的粗集料骨架能够承受大部分荷载，限制了沥青胶浆的流动和变形。复合改性沥青的存在进一步增强了粗集料之间的嵌挤作用，使骨架结构更加稳定，从而显著提高了混合料的抗车辙性能。研究还发现，复合改性沥青能够影响矿料的级配组成，使其更加合理。通过调整矿料的级配，增加粗集料的含量，减少细集料的比例，能够形成更加紧密的骨架结构，提高混合料的内摩阻力和抗变形能力。在实际工程中，通过优化复合改性沥青的配方和制备工艺，以及合理设计矿料级配，可以充分发挥复合改性沥青对混合料骨架结构的优化作用，提高沥青路面的抗车辙性能，延长路面的使用寿命。4.3复合改性沥青改善抗车辙性能的微观分析为深入探究复合改性沥青提升沥青混合料抗车辙性能的内在机制，采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等先进微观测试手段，对复合改性沥青在混合料中的微观形态和分布进行细致观察与分析。通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，在SBS与胶粉复合改性沥青中，SBS形成了明显的三维网络结构，均匀地分散在沥青基体中。这些网络结构相互交织，如同一张紧密的“网”，将沥青分子紧紧束缚其中，有效地限制了沥青分子的自由运动。在网络结构的节点处，SBS颗粒相互连接，形成了稳定的交联点，进一步增强了网络的稳定性。而胶粉颗粒则以较小的粒径均匀地分布在沥青基体和SBS网络结构中，部分胶粉颗粒嵌入到SBS形成的网络空隙中，与SBS相互协同作用。这种微观结构使得复合改性沥青在受到外力作用时，能够通过SBS网络结构和胶粉颗粒的共同作用，有效地分散和传递应力，阻止沥青分子的流动和变形，从而显著提高了沥青的高温稳定性和抗变形能力。原子力显微镜（AFM）的观测结果进一步揭示了复合改性沥青的微观特性。AFM能够提供材料表面的纳米级分辨率图像，通过对复合改性沥青表面形貌的观察，可以清晰地看到改性剂在沥青中的分布情况。在AFM图像中，SBS呈现出较大的颗粒状结构，表面较为粗糙，这是由于其特殊的分子结构和相态所致。而胶粉则以较小的颗粒形态均匀地分布在SBS颗粒周围和沥青基体中，与SBS和沥青形成了良好的界面结合。通过AFM的力-距离曲线测试，可以获取复合改性沥青表面的力学性能信息。结果表明，复合改性沥青表面的弹性模量和硬度明显高于普通沥青，这说明改性剂的加入有效地增强了沥青的力学性能，使其在微观层面上具备更强的抵抗变形的能力。从微观机制角度分析，复合改性沥青中改性剂与沥青之间的相互作用是提升抗车辙性能的关键。SBS与沥青之间通过物理吸附和溶胀作用，形成了稳定的物理交联网络。在这个过程中，SBS分子中的苯乙烯段与沥青中的芳香分、胶质等组分相互作用，形成了较强的分子间作用力，使得SBS能够均匀地分散在沥青中，并形成稳定的网络结构。而胶粉与沥青之间则通过溶胀和吸附作用，使胶粉颗粒表面形成一层沥青膜，增强了胶粉与沥青的粘结力。同时，胶粉中的弹性成分能够吸收和分散应力，进一步提高了沥青的韧性和抗变形能力。在复合改性沥青混合料中，改性沥青与集料之间的界面微观结构也对其抗车辙性能有着重要影响。通过SEM观察发现，复合改性沥青能够更好地包裹集料，在集料表面形成均匀、连续的沥青膜。这是因为复合改性沥青中的改性剂增加了沥青的粘度和粘附性，使其能够更紧密地附着在集料表面。在沥青与集料的界面处，改性剂分子与集料表面的化学成分发生物理吸附和化学反应，形成了较强的化学键，增强了两者之间的粘结力。这种良好的界面粘结使得沥青混合料在受到车辆荷载作用时，能够有效地传递和分散应力，避免沥青从集料表面剥落，从而提高了混合料的整体强度和抗车辙性能。五、复合改性沥青混合料抗车辙性能试验研究5.1试验原材料与配合比设计本试验选用70号道路石油沥青作为基质沥青，其技术指标如表1所示，各项指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中对于70号A级道路石油沥青的要求。<此处有图76b42b48b2c1c105-325c1c3d0c1c1c1d>选用SBS和橡胶粉作为复合改性剂。SBS为线型结构，其主要技术指标如表2所示，其质量分数、挥发分等指标满足改性沥青生产要求。橡胶粉由废旧轮胎加工而成，其目数为40目，技术指标如表3所示，其灰分、丙酮抽出物等含量符合相关标准，确保了橡胶粉的质量和性能。<此处有图82c1c989992797d2-8919e6229c1c302f>集料采用石灰岩，包括10-20mm、5-10mm、0-3mm三种规格，其技术指标如表4所示，压碎值、洛杉矶磨耗损失、表观相对密度等指标均满足规范要求，能够为沥青混合料提供良好的骨架支撑和力学性能。矿粉采用石灰岩矿粉，其技术指标如表5所示，表观相对密度、含水量、粒度范围等指标符合要求，有助于提高沥青与集料之间的粘结力。<此处有图0a95e2c1c3b3e299-9127c1c996c1c2a2>在配合比设计过程中，首先根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）中AC-13型沥青混合料的级配范围，对不同规格的集料进行筛分试验，确定各集料的比例，使合成级配接近中值，具体级配组成如表6所示。<此处有图49c1c8c1c02111c4-79229c1c01b59c12>采用马歇尔试验确定最佳沥青用量。按照预估的沥青用量范围，以0.5%的间隔变化，制备5组马歇尔试件，每组试件双面各击实75次。测定试件的毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度和流值等指标，结果如表7所示。根据表中数据，绘制各项指标与沥青用量的关系曲线，如图1所示。由图可知，毛体积相对密度最大值对应的沥青用量a_1为5.2%，稳定度最大值对应的沥青用量a_2为5.4%，空隙率范围中值（4.0%）对应的沥青用量a_3为5.3%，沥青饱和度范围中值（75%）对应的沥青用量a_4为5.4%。则最佳沥青用量初始值OAC_1=(a_1+a_2+a_3+a_4)/4=(5.2+5.4+5.3+5.4)/4=5.325\%。<此处有图30a70c1c17c1c047-076c1c1c1c1e7c14>通过各项指标曲线，求出能满足沥青混凝土各项标准的最大沥青用量OAC_{max}为5.6%，最小沥青用量OAC_{min}为5.0%，则OAC_2=(OAC_{max}+OAC_{min})/2=(5.6+5.0)/2=5.3\%。由于OAC_1=5.325\%在OAC_{min}与OAC_{max}之间，所以取OAC_1和OAC_2的中值作为目标配合比的最佳沥青用量，即OAC=(OAC_1+OAC_2)/2=(5.325+5.3)/2=5.3125\%，最终确定最佳沥青用量为5.3%。5.2试验方案设计5.2.1车辙试验本试验选用LHCZ-5型车辙试验机，其性能可靠、测控精度高、操作方便，符合中华人民共和国行业标准JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求。车辙试验机主要由试件台、试验轮、加载装置、试模、变形测量装置和温度检测装置等部分组成。在车辙试验中，试件的成型至关重要。按照T0703标准，采用轮碾成型机将沥青混合料碾压成尺寸为300mm×300mm×50mm的板块状试件。碾压轮为与钢筒式压路机相似的圆弧形碾压轮，轮宽300mm，压实线荷载为300N/cm，碾压行程为试件宽度即300mm。经碾压后的试件密度应达到马歇尔试验标准击实密度的100±1%。在成型过程中，严格控制拌和及碾压温度，普通沥青混合料的拌和温度为163℃，碾压温度为130-140℃；复合改性沥青混合料拌和温度为180℃，碾压温度为150-160℃。试验时，设置了不同的温度和荷载条件，以全面研究复合改性沥青混合料在不同工况下的抗车辙性能。具体设置了60℃和70℃两个温度水平，其中60℃为常用的车辙试验标准温度，70℃则用于模拟更为严苛的高温环境；荷载方面，选取了0.7MPa和0.9MPa两个水平，0.7MPa是常规的试验轮接地压强，0.9MPa用于模拟重载交通条件下的荷载情况。试验前，将试件连同试模一起，置于已达到试验温度的恒温室中进行保温，保温时间不少于5h，也不得超过12h，以确保试件内部温度均匀达到试验温度。之后，将试件连同试模移置于车辙试验机的试验台上，使试验轮位于试件的中央部位，其行走方向与试件碾压方向或行车方向一致。启动试验机，试验轮以42±1次/分（单程）的速度往返行走，位移传感器实时测量碾轮压试样所形成的位移值，即车辙的变形量。该变形量由系统实时采集，并经过数据处理后显示数值和时间-位移曲线，还可打印输出。试验过程中，详细记录不同时刻的车辙变形量，时间-位移曲线能直观地反映车辙的发展趋势。通常试验时间设定为60分钟，计算动稳定度的时间为试验开始后45min-60min之间。动稳定度（DS）是评价沥青混合料抗车辙性能的重要指标，其计算公式为：DS=\frac{(t_2-t_1)\timesN}{(d_2-d_1)}\timesC_1\timesC_2，式中，DS为沥青混合料的动稳定度（次/mm）；d_1为对应于时间t_1（一般为45min）的变形量（mm）；d_2为对应于时间t_2（一般为60min）的变形量（mm）；C_1为试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动加载轮往返运行走方式为1.0；C_2为试件系数，试验室制备的宽300mm的试件为1.0；N为试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。通过计算动稳定度，可定量评估不同试验条件下复合改性沥青混合料的抗车辙性能。5.2.2单轴贯入试验单轴贯入试验旨在测定沥青混合料在60℃下的剪切强度，以此评价其抗车辙性能。该试验采用万能材料试验机，其最大荷载满足不超过量程的80%，且不小于量程的20%的要求，本试验选用量程为5kN的试验机。试验机配备有环境保温箱，温控准确度为0.5℃，以确保试验过程中温度恒定在60℃。加载速率严格控制为1mm/min，且试验机具有伺服系统，在加载过程中能基本保持速度不变，并可记录加载力和位移。贯入杆为端面直径28.5mm、长50mm的金属柱。试验试件采用旋转压实或静压法成型，试件为直径100mm±2mm、高100mm±2mm的圆柱体。试件成型后，在其尚未完全冷却时即可脱模，使用卡尺量取试件高度，若最高部位与最低部位的高度差超过2mm，则该试件作废。用于单轴贯入抗剪切强度试验的试件数量不少于3个，以保证试验结果的可靠性。在试验前，需测定试件的密度、空隙率等各项相关物理指标。试验时，将试件在60℃的烘箱中保温6h，使试件内部温度均匀达到试验温度。随后，将保温后的试件从烘箱中取出，立即置于压力机试验台座上，以1mm/min的加载速率均匀加载直至试件破坏，同时读取荷载峰值，精确至0.1kN。沥青混凝土的单轴贯入剪切试验强度计算公式为：\tau=\frac{P}{\piDh}，式中，\tau为单轴贯入剪切试验强度（MPa）；P为荷载峰值（kN）；D为贯入杆端面直径（mm）；h为试件高度（mm）。通过计算单轴贯入剪切试验强度，可了解沥青混合料在60℃时抵抗剪切变形的能力，从而评价其抗车辙性能。5.2.3其他相关试验除车辙试验和单轴贯入试验外，还开展了高温稳定性试验、低温弯曲试验等辅助试验，以全面评价复合改性沥青混合料的性能。高温稳定性试验采用马歇尔稳定度试验和谢伦堡沥青混合料析漏试验。马歇尔稳定度试验将沥青混合料制成马歇尔试件，在恒温水浴中加热至试验温度，然后在标准荷载作用下保持一定时间，通过测量马歇尔稳定度和流值来评价沥青混合料的高温稳定性。马歇尔稳定度是指标准荷载作用下，沥青混合料达到的最大荷载与试件截面积的比值，该值越大，表明沥青混合料抵抗变形的能力越强；流值是指达到最大荷载时试件的变形量，流值越小，表明沥青混合料的抵抗变形能力越强。谢伦堡沥青混合料析漏试验将沥青混合料制成圆柱形试件，在一定温度和压力下进行加载，观察试件表面的析漏情况。析漏值是指加载过程中沥青混合料从试件表面析出的质量与试件体积的比值，谢伦堡析漏值越小，表明沥青混合料抵抗流动性的能力越强。低温弯曲试验用于评价复合改性沥青混合料的低温抗裂性能。将沥青混合料制成小梁试件，在规定的低温环境下，以一定的加载速率对试件施加弯曲荷载，记录试件破坏时的荷载和变形，通过计算抗弯拉强度、破坏应变和劲度模量等指标，评估沥青混合料在低温下的抗裂性能。通过这些辅助试验，能够从不同角度全面了解复合改性沥青混合料的性能，为其在实际工程中的应用提供更全面、准确的依据。5.3试验结果与分析5.3.1车辙试验结果分析在不同温度和荷载条件下，对普通沥青混合料（对照组）、SBS改性沥青混合料、橡胶粉改性沥青混合料以及SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料进行车辙试验，试验结果如表8所示。<此处有图99e1e271d0c19d28-1d89b1c1c9c1c35c>由表8可知，在60℃、0.7MPa荷载条件下，普通沥青混合料的动稳定度为2050次/mm，SBS改性沥青混合料的动稳定度提升至3800次/mm，橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度为3200次/mm，而SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料的动稳定度高达5500次/mm。这表明复合改性沥青混合料的抗车辙性能明显优于单一改性沥青混合料和普通沥青混合料，不同改性剂之间的协同作用显著提高了沥青混合料的高温稳定性。当温度升高到70℃时，各沥青混合料的动稳定度均有明显下降。普通沥青混合料的动稳定度降至1200次/mm，SBS改性沥青混合料降至2500次/mm，橡胶粉改性沥青混合料降至1800次/mm，复合改性沥青混合料降至3500次/mm。这说明温度对沥青混合料的抗车辙性能影响较大，高温会削弱沥青混合料的抗变形能力。在60℃条件下，将荷载由0.7MPa增加到0.9MPa时，普通沥青混合料的动稳定度由2050次/mm降至1500次/mm，SBS改性沥青混合料由3800次/mm降至2800次/mm，橡胶粉改性沥青混合料由3200次/mm降至2200次/mm，复合改性沥青混合料由5500次/mm降至4000次/mm。这表明荷载的增大也会降低沥青混合料的抗车辙性能，重载交通对路面的破坏作用更为明显。通过对车辙试验结果的分析，可以看出温度和荷载对沥青混合料的抗车辙性能有显著影响。随着温度的升高和荷载的增大，沥青混合料的动稳定度降低，抗车辙性能减弱。复合改性沥青混合料在不同温度和荷载条件下，均表现出较好的抗车辙性能，能够有效抵抗车辙的产生，适合在高温和重载交通条件下的道路工程中应用。5.3.2单轴贯入试验结果分析对不同类型的沥青混合料进行单轴贯入试验，测定其在60℃时的剪切强度，试验结果如表9所示。<此处有图48112c1c865c1c2c-0c1c22c028862748>由表9可知，普通沥青混合料的单轴贯入剪切强度为1.8MPa，SBS改性沥青混合料的剪切强度提高到2.5MPa，橡胶粉改性沥青混合料的剪切强度为2.2MPa，SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料的剪切强度达到3.0MPa。这表明复合改性沥青能够显著提高沥青混合料的抗剪性能，使其在受到剪切力作用时，具有更强的抵抗变形和破坏的能力。与车辙试验结果进行对比分析发现，单轴贯入剪切强度与动稳定度之间存在一定的相关性。一般来说，单轴贯入剪切强度越高的沥青混合料，其动稳定度也越大，抗车辙性能越好。例如，SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料在单轴贯入试验中表现出最高的剪切强度，在车辙试验中也具有最高的动稳定度。通过单轴贯入试验结果可以得出，复合改性沥青通过增强沥青与集料之间的粘结力，优化混合料的骨架结构，提高了沥青混合料的抗剪性能。这进一步说明了复合改性沥青在改善沥青混合料抗车辙性能方面的重要作用，为沥青路面的设计和施工提供了重要的参考依据。5.3.3综合性能分析结合车辙试验、单轴贯入试验以及其他相关试验结果，对复合改性沥青混合料的综合性能进行全面评价。在高温稳定性方面，复合改性沥青混合料的动稳定度明显高于普通沥青混合料和单一改性沥青混合料，在高温和重载交通条件下，能够有效抵抗车辙的产生，保持路面的平整度和使用性能。在低温抗裂性方面，通过低温弯曲试验结果可知，复合改性沥青混合料的抗弯拉强度和破坏应变均优于普通沥青混合料，具有较好的低温抗裂性能，能够适应寒冷地区的气候条件，减少路面裂缝的产生。在水稳定性方面，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表明，复合改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均满足规范要求，且优于普通沥青混合料，具有较强的抵抗水损害的能力，能够保证路面在潮湿环境下的耐久性。通过对复合改性沥青混合料综合性能的分析可知，复合改性沥青能够显著改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等性能，使其具有更优异的路用性能，能够满足现代交通对沥青路面的要求。在实际工程中，应根据道路的使用条件和要求，合理选择复合改性沥青及沥青混合料，以确保道路的质量和使用寿命。六、工程案例分析6.1项目背景与工程概况某高速公路位于我国南方地区，是连接重要经济区域的交通要道，交通流量大且重载车辆比例高。据交通部门统计，该路段日均交通量达到5万辆次以上，其中重载货车占比超过30%。该地区属于亚热带季风气候，夏季高温多雨，年平均气温约为25℃，夏季最高气温可达38℃以上，且降雨集中，年降水量在1500mm左右。这种高温多雨的气候条件对沥青路面的性能提出了严峻挑战，容易导致沥青路面出现车辙、水损害等病害。本项目道路等级为高速公路，设计车速为120km/h。主线全长50km，采用双向六车道标准，路基宽度为33.5m。路面结构采用沥青混凝土路面，上面层为4cm厚的AC-13C型复合改性沥青混合料，中面层为6cm厚的AC-20C型沥青混合料，下面层为8cm厚的AC-25C型沥青混合料。基层采用36cm厚的水泥稳定碎石，底基层为20cm厚的石灰土。为了提高路面的抗车辙性能和耐久性，上面层选用SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料。这种复合改性沥青混合料结合了SBS和橡胶粉的优点，具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，能够适应该地区的交通和气候条件。6.2复合改性沥青混合料的应用本工程上面层选用SBS与橡胶粉复合改性沥青混合料，其配合比是在前期大量试验研究的基础上确定的。其中，SBS掺量为4.5%，橡胶粉掺量为15%，沥青用量为5.3%。这种配合比设计充分考虑了该地区的交通和气候条件，旨在充分发挥SBS和橡胶粉的协同改性作用，提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。在施工过程中，严格控制各项关键技术参数。在沥青加热环节，SBS与橡胶粉复合改性沥青的加热温度控制在175-185℃之间，以确保沥青的流动性和均匀性，同时避免沥青老化。集料加热温度控制在190-200℃，使集料能够充分吸收沥青，增强两者之间的粘结力。混合料的出厂温度控制在170-180℃，保证混合料在运输和摊铺过程中的温度稳定性。摊铺环节，采用ABG423型摊铺机进行摊铺作业。摊铺机的摊铺速度严格控制在2-3m/min，以确保摊铺的连续性和平整度。为了保证路面厚度和平整度，采用非接触式平衡梁作为摊铺基准，实时监测摊铺厚度，及时调整摊铺机的熨平板高度。在摊铺过程中，还安排专人对摊铺质量进行检查，及时处理可能出现的离析、波浪等问题。碾压环节，采用双钢轮压路机、轮胎压路机和振动压路机组合碾压的方式。初压时，采用双钢轮压路机静压2遍，速度控制在1.5-2.0km/h，温度控制在150-160℃，主要目的是初步稳定混合料，为后续碾压奠定基础。复压时，先采用轮胎压路机碾压4-6遍，速度控制在3.0-4.0km/h，温度控制在130-140℃，利用轮胎压路机的揉搓作用，进一步提高混合料的密实度；然后采用振动压路机碾压2-3遍，速度控制在3.0-4.0km/h，温度控制在120-130℃，通过振动压实，增强混合料的骨架结构，提高路面的抗车辙性能。终压时，采用双钢轮压路机静压2遍，速度控制在2.0-3.0km/h，温度不低于100℃，消除轮迹，使路面表面更加平整。在质量控制方面，建立了严格的质量控制体系。在原材料检验环节，对每批进场的沥青、集料、改性剂等原材料进行严格的质量检验，确保其各项指标符合设计和规范要求。例如，对SBS的质量分数、挥发分等指标进行检测，对橡胶粉的灰分、丙酮抽出物等含量进行检验，对集料的压碎值、洛杉矶磨耗损失、表观相对密度等指标进行测试。在混合料拌和过程中，实时监测沥青含量和矿料级配，每生产1000t混合料，进行一次抽提试验和筛分试验，确保混合料的质量稳定。在施工现场，加强对摊铺和碾压质量的监控。采用核子密度仪对路面压实度进行实时检测，确保压实度达到设计要求；利用三米直尺对路面平整度进行检测，及时发现并处理不平整的部位；使用摆式仪对路面抗滑性能进行检测，保证路面的抗滑性能满足规范要求。通过严格控制施工过程中的各项技术参数和加强质量控制措施，确保了复合改性沥青混合料路面的施工质量。6.3路面使用性能监测与评估为全面评估复合改性沥青混合料在实际工程中的应用效果，对该高速公路项目采用复合改性沥青混合料铺筑的路面进行长期性能监测，监测内容包括路面车辙深度、平整度、抗滑性能等指标。在路面车辙深度监测方面，采用先进的激光车辙仪进行定期检测。激光车辙仪利用激光扫描技术，能够快速、准确地测量路面车辙深度，检测精度可达0.1mm。在通车后的第1年、第2年、第3年和第5年分别进行车辙深度检测，检测位置为行车道轮迹带处，每200m选取一个检测断面，每个断面测量3个点，取平均值作为该断面的车辙深度。检测结果如表10所示。<此处有图40d3c1c472b2c1c1-2c1c1c1c1c1c1c1>由表10可知，通车第1年，路面车辙深度平均值为3.2mm，处于较低水平，表明复合改性沥青混合料路面在初期具有良好的抗车辙性能。随着通车时间的增加，车辙深度逐渐增大，通车第5年，车辙深度平均值为5.5mm，仍在规范允许的范围内。与同地区采用普通沥青混合料铺筑的路面相比，该复合改性沥青混合料路面的车辙深度增长速度较慢，抗车辙性能优势明显。路面平整度监测采用国际平整度指数（IRI）作为评价指标，使用车载式激光平整度仪进行检测。该仪器能够实时采集路面的平整度数据，检测速度快、精度高。同样在通车后的第1年、第2年、第3年和第5年进行检测，检测频率为每100m采集一个数据。检测结果如表11所示。<此处有图92b3b3b3b3b3b3b3-2c1c1c1c1c1c1c1>从表11可以看出，通车第1年，路面IRI值为1.2m/km，路面平整度良好。随着时间的推移，IRI值逐渐增大，通车第5年，IRI值为1.8m/km，虽然平整度有所下降，但仍能满足高速公路行车舒适性的要求。这说明复合改性沥青混合料路面在长期使用过程中，能够较好地保持路面平整度，为车辆提供稳定、舒适的行驶条件。抗滑性能监测采用摆式仪测定路面的抗滑摆值（BPN），并使用铺砂法测定路面的构造深度（TD）。在通车后的不同时间段，随机选取多个检测点进行抗滑性能检测。检测结果如表12所示。<此处有图9e3c1c1c1c1c1c1-2c1c1c1c1c1c1c1>由表12可知，路面的抗滑摆值和构造深度在通车后基本保持稳定，抗滑摆值始终大于45BPN，构造深度大于0.55mm，满足高速公路对路面抗滑性能的要求。这表明复合改性沥青混合料路面具有良好的抗滑性能，能够有效保障车辆在行驶过程中的安全性，即使在雨天等恶劣天气条件下，也能为车辆提供足够的摩擦力。通过对路面车辙深度、平整度和抗滑性能等指标的长期监测与分析，可以得出该高速公路项目采用的复合改性沥青混合料路面在实际使用过程中，抗车辙性能良好，能够有效抵抗车辙的产生和发展；同时，路面平整度和抗滑性能也能保持在较好的水平，为车辆提供了安全、舒适的行驶环境，具有较长的使用寿命。这充分验证了复合改性沥青混合料在实际工程中的应用效果和优势，为类似工程提供了有益的参考和借鉴。七、结论与展望7.1研究成果总结本研究围绕复合改性沥青及沥青混合料的抗车辙性能展开了全面深入的研究，取得了以下主要成果：复合改性沥青性能与作用机制：系统研究了多种常见改性剂对沥青的单独及复合改性效果，明确了不同改性剂的特性、作用机理以及在不同掺量下对沥青基本性能指标的影响。通过动态剪切流变试验，深入了解了复合改性沥青在不同温度和加载频率下的黏弹性能，揭示了其高温性能提升机制。复合改性沥青通过物理改性和化学改性两种方式，改变了沥青的微观结构和分子组成，从而显著提高了沥青的高温稳定性、低温抗裂性和耐久性。物理改性中，SBS、橡胶粉等改性剂在沥青中均匀分散，形成网络结构或填充结构，限制沥青分子的自由运动，增加沥青的粘度和弹性；化学改性中，改性剂与沥青中的活性成分发生化学反应，形成新的化学键或交联结构，提高了沥青的储存稳定性和高低温性能。沥青混合料组成设计与性能评价：采用马歇尔设计方法，设计了不同类型的沥青混合料配合比，并将复合改性沥青应用于其中。通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等多种试验手段，全面评价了复合改性沥青混合料的路用性能。结果表明，复合改性沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗冻融性能等方面均表现出优异的性能。在高温稳定性方面，复合改性沥青混合料的动稳定度明显高于普通沥青混合料和单一改性沥青混合料，能够有效抵抗车辙的产生；在低温抗裂性方面，其抗弯拉强度和破坏应变均优于普通沥青混合料，具有较好的低温抗裂性能；在水稳定性方面，其残留稳定度和冻融劈裂强度比均满足规范要求，具有较强的抵抗水损害的能力。抗车辙性能影响因素分析：深入研究了影响复合改性沥青及沥青混合料抗车辙性能的多种因素，包括材料因素、环境因素和交通荷载因素。在材料因素方面，明确