基于復(fù)合改性瀝青混合料疲勞性能研究

郭 林

(浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310000)

隨著國家的高速發(fā)展，道路的使用次數(shù)與荷載都在與日俱增，在一些發(fā)達地區(qū)，高等級公路超載、重載現(xiàn)象頻發(fā)，再加上環(huán)境日益惡劣，致使原設(shè)計道路無法滿足交通需求，這種情況下會使路面出現(xiàn)疲勞破壞，例如路面開裂、車轍等危害，極大的影響了道路使用的舒適性和安全性，縮短了道路的使用壽命[1-3]。國內(nèi)外大量研究及實驗表明，廢舊輪胎橡膠粉是一種廉價、環(huán)保的改性劑，其具有在瀝青用量較大的情況下防止出現(xiàn)流淌，能夠有效提高瀝青混合料的抗疲勞耐久性的優(yōu)點。已有研究表明硫酸鈣晶須具有高強度、高模量、高韌性、耐高溫等特點，能夠有效增強瀝青混合料的抗疲勞耐久性特點[4-6]?；谙鹉z粉、硫酸鈣晶須對改性瀝青的優(yōu)點，本文提出將橡膠粉與硫酸鈣晶須進行復(fù)配，將瀝青三大指標以及瀝青混合料疲勞壽命次數(shù)來研究其抗疲勞耐久性。

1 試驗材料

1.1 瀝青

本文瀝青采用70號基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標見表1。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標

1.2 改性劑

本文采用的改性劑為硫酸鈣晶須和橡膠粉，其技術(shù)指標見表2。

表2 硫酸鈣晶須和橡膠粉的性能指標

1.3 改性瀝青的制備以及三大指標試驗

本文選用70號基質(zhì)瀝青作為原材料，見表1。試驗中，按照不同實驗組添加不同含量的橡膠粉或者硫酸鈣晶須進行攪拌，硫酸鈣晶須和橡膠粉性能指標見表2，研究瀝青在添加不同含量的橡膠粉或者硫酸鈣晶須時的三大指標試驗，從而得出關(guān)于瀝青抗疲勞的關(guān)系。試驗過程如下：

1)將改性瀝青加熱放入特制容器內(nèi)，將容器置于160 ℃烘箱中不少于1 h，以保證瀝青的流動性。2)按照改性瀝青含量設(shè)計不同組的橡膠粉或者硫酸鈣晶須，并稱量其重量。3)使瀝青溫度保持在150 ℃左右，置于高速攪拌機下，并將已經(jīng)稱量好的橡膠粉或者硫酸鈣晶須加入不斷進行攪拌，攪拌時間不少于20 min，確保攪拌均勻。4)攪拌好之后獲得橡膠粉改性瀝青或者硫酸鈣晶須改性瀝青。研究得出的實驗數(shù)據(jù)見表3,表4。

表3 不同摻量橡膠粉對瀝青三大指標的影響

表4 不同摻量硫酸鈣晶須對瀝青三大指標的影響

針對表3，表4繪制折線圖如圖1,圖2所示。

從圖1可以看出延度隨著橡膠粉的摻量增加逐漸升高，在橡膠粉摻量為22%時為最大，這說明橡膠粉的摻入對瀝青的延度影響較大。從圖1中的軟化點試驗中可以看出，瀝青的軟化點隨著橡膠粉含量的增加也在增大，而且隨著橡膠粉的摻入呈現(xiàn)線性增加的趨勢，這說明橡膠粉的加入使得瀝青的高溫穩(wěn)定性得以增強。從圖1中的針入度試驗可以看出瀝青針入度隨著橡膠粉含量的增加在逐漸減小，而且隨著橡膠粉的摻入呈線性下降的趨勢，這可能是因為橡膠粉顆粒與基質(zhì)瀝青內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著橡膠粉的持續(xù)摻入，針入度的數(shù)值趨于穩(wěn)定，說明由于橡膠粉顆粒與基質(zhì)瀝青形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得針入度維持在穩(wěn)定水平。

從圖2可以看出延度隨著硫酸鈣晶須摻量的增加逐漸下降，這說明硫酸鈣晶須的摻入對瀝青的延度影響較大。從圖2中的軟化點試驗可以看出，瀝青的軟化點隨著橡膠粉含量的增加也在增大，說明隨著硫酸鈣晶須的加入使得瀝青的高溫穩(wěn)定性得以增強。從圖2中的針入度試驗可以看出瀝青針入度隨著硫酸鈣晶須含量的增加在逐漸減小，說明硫酸鈣晶須的摻入對瀝青針入度有較大的影響。

2 改性瀝青混合料的設(shè)計及疲勞試驗

2.1 復(fù)合改性瀝青混合料的設(shè)計

試驗采用瀝青混合料AC-13，其試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 AC-13瀝青混合料試驗級配

將改性劑硫酸鈣晶須與橡膠粉形成不同的比例，再根據(jù)以上數(shù)據(jù)設(shè)計復(fù)合改性瀝青混合料(AC-13)。

2.2 疲勞試驗

試驗采用四點彎曲疲勞壽命試驗，試驗采用液壓加載裝置，試驗按照JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中的要求制成瀝青混凝土板塊試件，在室溫放置48 h后切割成380 mm×63 mm×50 mm的標準小梁試件，試驗溫度為15 ℃，采用液壓加載模式，在液壓MTS疲勞試驗機上進行四點加載方式，試驗溫度為15 ℃，加載頻率Hz，拉應(yīng)力為200 με,300 με,400 με,500 με,600 με，共五個應(yīng)變水平，試驗結(jié)果見表6。

表6 不同類型瀝青混合料疲勞試驗結(jié)果

從表中可以看出橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性混合料在五種應(yīng)力水平下600 με對應(yīng)的最低疲勞壽命次數(shù)也是橡膠粉在600 με所對應(yīng)的最高疲勞壽命次數(shù)的1.2倍，是硫酸鈣晶須瀝青混合料在600 με對應(yīng)的最高疲勞壽命次數(shù)的1.6倍，而出于200 με水平下的橡膠粉—硫酸鈣晶須對應(yīng)的疲勞壽命次數(shù)是橡膠粉對應(yīng)的最高壽命次數(shù)的3.6倍，是硫酸鈣晶須對應(yīng)的最高壽命次數(shù)的4.7倍。由此可知，橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命優(yōu)于其他兩種改性瀝青混合料，同種條件下，橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性能更好。

3 結(jié)語

通過實驗和分析表明，隨著橡膠粉、硫酸鈣晶須、橡膠粉—硫酸鈣晶須的加入，瀝青的延度、針入度、軟化點均發(fā)生了變化。同時實驗表明橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命明顯優(yōu)于其他兩種，有較好的抗疲勞性能。