基于油石固结增强及整体性能改变的沥青路面水损害防治技术研究

沥青路面水损害问题一直是影响道路使用寿命的主要问题之一。特别在季冻区水损害问题是路面早期破坏的主要原因，路面内的残留水在车载和冻融作用下，引起沥青和石料间黏附力降低，沥青膜逐渐从集料表面剥离或脱落，导致路面整体强度减小、产生路面局部破坏。增强混合料油石界面间的固结强度、提高混合料整体弹性和低温韧性可有效提高沥青路面的抗水损能力。本项目的研究改变传统的油石间物理粘附为化学连接，以键链双向连接来显著增强油石间固结强度。采用物理化学分析、材料性能分析方法及有限元数值模拟计算、路用性能对比试验等手段，针对混合料油石界面固结强度提高及混合料整体综合性能改善对抗水损的影响机理及有效性、油石界面固结材料的研究与开发、混合料最有利整体抗力性能的获取手段与判定方法、路面孔隙水作用特性模拟计算及实验验证方法、改性后沥青混合料的路用性能实验分析等内容进行深入研究，并给出有效的水损害防治技术方案及路用建议标准。

季冻区水损害的产生原因主要是路面内的残留水在车载和冻融作用下，引起沥青和石料间黏附力降低，沥青膜逐渐从集料表面剥离或脱落，导致路面整体强度小、产生路面局部破坏。项目依据偶联剂增强混合料油石界面间的固结强度、 废胶粉提高混合料整体弹性和低温韧性的主体思想来综合提高沥青路面的抗水损能力。具体完成的工作有：通过对季冻区水损害现象的调查和统计归纳、沥青道路温度场的长期跟踪监测、数据采集、规律分析和数值计算、孔隙水耦合作用特性分析、有水模拟试验等方法和手段，研究有水状态下，沥青混合料剥离、松散、裂纹的形成过程及影响规律；选择四种分子结构中键链共存的具有特殊偶联特性的工业用偶联剂，采用化学分析及物理测试等方法对其进行固结特性分析和有效成份筛分，确定和优化了配比，最后确定采用进一步制备后的硅烷偶联剂固结效果最佳，并得到实验室与实路铺筑试验验证；通过计算分析，沥青路面整体弹性性能，是影响季冻区路面温度裂缝发生的重要因素，在沥青中添加废旧轮胎橡胶粉，可使沥青混合料的整体弹性性能得到有效改善，同时可提高沥青混合料抗老化的能力。总结同行和本项目组已有研究成果，进一步通过大量对比试验和BBR、DSR等试验分析，确定了有利于沥青混合料的整体性能显著提高的胶粉最佳添加方式、添加比例、添加材料细度，并验证了橡胶粉的加入可提高其弹性性能；为进一步实现沥青混合料的油石固结增强及整体性能改善的综合效果，研究制备了一种以硅烷白炭黑作为填料的新型改性沥青及混合料，通过一系列试验验证，改性后的沥青混合料，即增强了沥青与石料之间粘结强度，同时又提高了沥青混合料的整体稳定性能，是一种行之有效的提高沥青混合料抗水损害的方法和手段。通过项目的研究，得到了在季冻区水损环境下提高沥青混合料沥青与石料间的粘结性能和整体路用性能的有效方法和技术，并给出了初步的水损害防治技术方案及路用建议标准。