■于照海 高 智

（新疆兵团勘测设计院（集团） 有限责任公司，乌鲁木齐 830002）

随着新疆兵团向南发展的战略的实施，南疆团场的公路建设项目逐年增多，沥青路面作为行驶舒适性较好、耐久性较强的路面材料，被广泛应用于新建道路中[1-2]。 然而沥青公路的建设需要耗费大量沥青材料，新疆本地产的沥青量较少，且受地质材料影响，南疆产的库车沥青品质较差，不能直接用于筑路过程中， 库车沥青经济价值在公路建设中不能得到充分的体现[3-4]。 相关研究表明：可在低等级的沥青材料中掺加改性剂来提高沥青品质，孙泽强[5]将克拉玛依沥青与塔河沥青进行调和，并采用SBS 和橡胶粉材料对其进行改性， 能够显著提升沥青的高低温性能；彭炜[6]在新疆岩沥青中掺入不同比例的抗车辙剂， 结合实际工程项目研究沥青路面抗车辙性能；于江[7]研究了不同温拌剂对2 类新疆产沥青的黏度改善效果，认为可在一定程度上提升沥青性能；相关研究[8-10]还表明硫化杜仲胶作为改性剂，可有效改善沥青混合料的品质，并在一定程度上提高沥青高温性能和显著改善低温性能。 本研究依托新疆兵团第三师50 团扎花厂公路项目，采用杜仲胶对新疆库车沥青进行改性，并将其改性沥青混合料应用于实体公路项目铺筑，验证杜仲胶改性沥青的有效性， 为改善新疆低品质沥青提供一种选择。

1 原材料与配合比设计

1.1 原材料

杜仲胶是一种橡胶类高分子化学材料，内部有效组分为反式聚异戊二烯， 外观呈白色丝状物质，其主要技术指标如表1 所示；研究采用在库车沥青中掺入5%的硫化杜仲胶进行沥青改性， 沥青改性前后技术指标如表2 所示， 从表中数据可以看出，库车沥青达不到C 级沥青标准，因此无法用于沥青面层。而掺加5%的硫化杜仲胶后，延度得到较好改善，达到了C 级沥青标准；集料是混合料重要的骨架支撑材料，其嵌挤作用能够直接影响混合料的力学特性，集料的技术指标如表3 所示；混合料的填料为石灰岩矿粉，满足规范使用要求。

表1 杜仲胶主要技术指标

表2 沥青主要技术指标

表3 集料的试验指标与技术要求

1.2 配合比设计

根据沥青路面结构设计情况，选定AC-13 级配作为沥青路面上面层级配，该级配是典型的密实型级配，其低于4.75 mm 孔径的细集料量较多，能够有效填充沥青混合料骨架结构孔隙，实现混合料的稳定性和强度提升。 在级配选定的基础上，对不同油石比对应的混合料进行马歇尔试验， 结果如表4所示。 通过建立相关马歇尔试验指标与油石比的波动曲线分析，最终选定最佳油石比为4.9%。

表4 马歇尔试验结果

2 沥青混合料路用性能研究

2.1 高温稳定性

新疆地区的常年平均气温要远高于南方，也面临着沥青路面高抗车辙性能的要求，研究将杜仲胶改性后的沥青混合料与克拉玛依沥青混合料进行动稳定度的对比，结果如图1 所示。

图1 混合料东稳定试验结果

从图1 可以看出，经过杜仲胶改性后的沥青混合料，其动稳定度为3524 次/mm，相较于普通克拉玛依沥青混合料，提升了约12.8%，表明杜仲胶改性后的混合料高温性能是高于克拉玛依沥青混合料的。 此外，对于改性沥青混合料而言，规范要求其在60℃环境下的动稳定度不低于2400 次/mm，2 类沥青混合料均满足要求。 杜仲胶本质上是化学高分子材料，具有一定黏度特性，在高温环境下与库车沥青进行融合反应后， 可显著提升其黏度组分，增强沥青采材料与集料的裹附性和嵌挤性，从而促进了混合料整体强度的提升。 高温环境下，杜仲胶改性沥青温度敏感性降低，沥青材质不易软化，其沥青混合料产生车辙变形的风险减小。

2.2 水稳定性

长期以来， 水损伤对沥青混合料的长期性能会产生不利影响， 主要体现在内部水分子沿混合料孔隙内壁分布，降低沥青与集料的界面接触能力，从而产生混合料松散、剥落现象，为确保新疆地区沥青路面的水稳定性， 研究对2 类沥青混合料进行残留稳定度和冻融劈裂强度比试验，结果如图2～3 所示。

图2 混合料残留稳定度

图3 混合料冻融劈裂强度比

研究将2 类沥青混合料分别进行残留稳定度和冻融劈裂强度试验， 其试验结果分别为87.5%、88.2%和86.5%、85.7%， 均达到标准规范中的限值要求，表明2 类沥青混合料的水稳定性较好。 其本质原因是杜仲胶改性沥青混合料和克拉玛依沥青混合料均属于改性沥青混合料， 其沥青的黏度较大，黏聚性和裹附性较好，能够较好地吸纳和增强混合料的整体性能，在水分子侵蚀下，沥青和集料间的黏聚力较强，材料不易产生松散和剥落。 在水损伤环境下，杜仲胶材料和克拉玛依沥青表现出同等的作用效应，但长期的雨水冲刷和冻融循环对混合料的长期服役性能还有待进一步研究。

2.3 低温抗裂性能

新疆地区昼夜温差较大，在冬季寒冷季节，低温环境会对路表产生冻裂性能，在持续车流荷载作用下易产生冻融损伤开裂性能，本研究对2 类沥青混合料的低温抗裂性能进行试验，试验结果如图4 所示。

图4 混合料破坏应变试验结果

上述试验结果表明：杜仲胶改性剂的加入能够在一定程度上提升混合料的低温抗裂性，较克拉玛依沥青混合料提升了8.51%。 杜仲胶内部是由复杂的分子链组成的化学分子结构， 在受热环境下，内部稳定结晶体乱序破碎，材料具有较强的黏性组分和弹性组分，与沥青进行有效融合，可以增强改性沥青的黏度，进一步促进与集料的粘结、裹附作用，从而提升材料整体的稳定性。 在AC-13 密实型级配成型过程中，其内部得到有效弹性组分能够缓解外部荷载冲击，从而会促进混合料抵抗外部变形及开裂能力的提升。 整体而言，杜仲胶掺入库车沥青后能够显著提升沥青混合料的高温性能和低温抗裂性能，且高低温指标测试结果要高于克拉玛依沥青混合料，而水稳定性方面，2 类沥青混合料性能较为接近。

3 工程应用

本研究结合第三师50 团扎花厂公路路段的沥青面层铺筑工程，分别铺筑了上述杜仲胶改性沥青路面和克拉玛依沥青路面，待路面服役1 年后对其裂缝开展、钻芯取样、弯沉值等指标进行测定。

3.1 裂缝开展

研究对2 种不同类型沥青路面进行裂缝开展的观测，分别记录了连续5 km 路段内横向裂缝、纵向裂缝的数量，如表5 所示。

表5 裂缝开展数量统计

裂缝开展情况统计表明，采用杜仲胶改性沥青路面产生的横向裂缝数量较少，相较于克拉玛依沥青路面减低了约24.85%裂缝开展数量，而纵向裂缝数量方面，2 种不同沥青路面的裂缝数量较为接近，这主要与重载交通环境下沥青路面纵向裂缝损伤机理有关。

3.2 钻芯取样

研究对两种不同沥青路面路段分别进行钻芯取样，并对8 组芯样进行马歇尔试验，试验均值结果如表6 所示。

沥青路面钻芯测试表明， 二者成型的混合料均满足施工要求，其中，杜仲胶改性沥青路面的稳定度大于克拉玛依沥青路面，前者的流值、密度、饱和度、空隙率均小于后者。 这与杜仲胶材料自身的特性有关， 其内部有效粘弹性组分能够增强混合料的黏结强度， 但长期的水损伤会对其造成劣化影响。

表6 芯样马歇尔技术指标

3.3 路面弯沉

路面弯沉是目前检测路面结构承载力的常规手段，虽不能完全真实反映路面的实际强度，但作为一个整体刚度指标，可从侧面反映路面的一个整体受力能力，从而可以比较出不同路段的结构承载力， 在一定程度上反映路面强度， 试验结果如表7所示。

表7 路面弯沉统计

上述数据可以看出杜仲胶改性沥青混合料路面弯沉远小于克拉玛依沥青路面弯沉和设计弯沉（设计弯沉为158.8（0.01 mm）），表明杜仲胶改性沥青路面强度高于克拉玛依沥青路面强度，使路面变形很少。

4 结语

本研究根据新疆兵团公路建设工程实际情况，采杜仲胶作为改性剂对沥青进行改性研究，并分别对杜仲胶改性库车沥青和克拉玛依沥青的2 类沥青混合料进行室内路用性能研究， 在此基础上，铺筑了2 种不同改性沥青类型的沥青路面，对其进行裂缝调查、 钻芯取样试验及弯沉测试等对比分析，研究表明：使用杜仲胶改性库车沥青路面各项性能指标均优于同等级的克拉玛依沥青路面，为库车沥青在兵团南疆公路建设应用找到了一个解决方案。