瀝青與瀝青混合料自愈合特性研究

許建斌 （安徽交通職業(yè)技術(shù)學院土木工程系，安徽 合肥 230051）

1 引言

目前，瀝青路面已經(jīng)成為路面工程中的主要路面類型，然而在瀝青路面使用過程中，經(jīng)歷環(huán)境與荷載的重復作用，不可避免地會產(chǎn)生疲勞破壞[1-2]，為了防止瀝青混合料的疲勞破壞，專家學者們從不同方面展開了系列研究，并取得了重要成果[3-4]。現(xiàn)在，大量驗證了瀝青具有自愈合特性的研究成果[5-7]，為瀝青混合料疲勞壽命的延長，提供了新的思路和方向。瀝青的自愈合現(xiàn)象可以描述為其性能在遭受外部荷載作用后產(chǎn)生的衰減，在經(jīng)歷一定間歇時間（愈合時間）過程中會逐漸恢復。國內(nèi)外研究人員開展了大量針對瀝青自愈合的研究，孫大權(quán)開展了瀝青膠漿[8]自愈合特性、改性劑[9]對瀝青自愈合影響的研究，并驗證了毛細擴散理論的適用性。陳柳曉[10]、羅蓉[11-12]等人對瀝青自愈合效果的評價指標進行了系統(tǒng)討論，并給出了新的評價方法。由于瀝青的自愈合所需的間歇時間遠大于瀝青路面在實際運營過程的車輛荷載，為解決該項難題研究人員提出了微膠囊[13]和誘導加熱[14]兩種瀝青自愈合增強技術(shù)，并取得了重要進展。本文的主要目的是通過瀝青與瀝青混合料兩個尺度，研究不同瀝青的自愈合特性，采用基質(zhì)瀝青以及SBS改性瀝青?；贒SR時間掃描以及四點彎曲疲勞試驗，研究瀝青與混合料的自愈合特性，以期為自愈合的研究與應(yīng)用提供參考。

2 實驗材料及方法

2.1 瀝青

本文實驗過程中采用了兩種瀝青，分別為90#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青，兩種瀝青的技術(shù)性質(zhì)如表1所示。

兩種瀝青的技術(shù)性質(zhì) 表1

2.2 混合料組成及級配設(shè)計

分別利用上述兩種瀝青成型AC-13瀝青混合料，混合料中粗細集料采用石灰?guī)r，填料采用石灰?guī)r礦粉。混合料的材料組成設(shè)計借鑒《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，其級配組成如表2所示。

AC-13的級配組成 表2

2.3 實驗方案

本文主要目的是對比研究基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青及其對應(yīng)的瀝青混合料自愈合特性。因此研究從瀝青與混合料兩個方面入手，首先利用DSR設(shè)備基于疲勞－愈合－疲勞實驗（時間掃描模式）研究瀝青與SBS改性瀝青的自愈合特性，然后成型兩種瀝青對應(yīng)的瀝青混合料，并基于四點彎曲疲勞實驗研究瀝青混合料的自愈合特性。

圖1 瀝青自愈合前后復數(shù)模量變化趨勢

瀝青混合料的自愈合實驗基于四點彎曲疲勞試驗（T 0739-2011）疲勞—愈合—疲勞程序進行，本文以疲勞壽命恢復率作為表征混合料的自愈合性能。疲勞實驗溫度為15℃，愈合溫度與瀝青愈合實驗保持一致設(shè)置為30℃，采用應(yīng)變控制模式。

3 結(jié)果與討論

3.1 瀝青自愈合特性分析

不同損傷程度的瀝青自愈合指數(shù)計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 兩種瀝青自愈合指數(shù)對比

根據(jù)圖2可知，在任何損傷程度下，SBS改性瀝青的自愈合指數(shù)均高于90#基質(zhì)瀝青，由此說明了SBS改性瀝青的自愈合性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青。值得注意的是，SBS改性瀝青與基質(zhì)瀝青的愈合指數(shù)之差，隨損傷度的增大而逐漸減小，即說明SBS改性瀝青相對于基質(zhì)瀝青的自愈合優(yōu)勢，隨損傷程度的增加而減小，所以損傷度的增加會消減瀝青之間的愈合差距。另外，兩種瀝青的愈合指數(shù)均隨損傷度增加而減小，并且在較低損傷度變化區(qū)間其愈合指數(shù)降低較快，說明了瀝青的早期損傷對瀝青自愈合的影響更為明顯，也說明了瀝青損傷越厲害越難以恢復。綜上所述，在實際路面中應(yīng)盡可能使用具有較強自愈合能力的瀝青材料，并促使瀝青在疲勞破壞初期開始愈合。

3.2 瀝青混合料自愈合特性分析

瀝青混合料的疲勞－愈合－疲勞試驗結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3實驗結(jié)果，SBS瀝青混合料的自愈合能力明顯強于基質(zhì)瀝青，相同條件下SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命恢復率比基質(zhì)瀝青混合料高出9.6%且其勁度恢復率高出近10%，該實驗結(jié)果與3.1節(jié)瀝青自愈合性能相一致，即SBS瀝青具有更好的自愈合特性。對比勁度恢復率與疲勞壽命恢復率可知，對于同一種材料前者要高于后者，這說明了采用不同的自愈合評價指標表征瀝青混合料的自愈合特性時存在差異。

由上述實驗結(jié)果可知，SBS改性瀝青及其混合料的自愈合特性，高于基質(zhì)瀝青及其對應(yīng)的混合料，根據(jù)湯文[15]等人研究結(jié)果可知，SBS改性瀝青中各成分之間的交聯(lián)作用，由于SBS分子鏈的存在而得到增強，提高了材料的抗疲勞及抗損傷能力，進而在相同的實驗條件下裂縫寬度小于基質(zhì)瀝青，因此其自愈合性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青。

兩種瀝青混合料的自愈合實驗結(jié)果 表3

4 結(jié)論

本文基于DSR時間掃描實驗及四點彎曲疲勞試驗，研究了兩種瀝青及其混合料的自愈合特性，根據(jù)實驗結(jié)果可得出如下結(jié)論：

①SBS改性瀝青的自愈合性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青，并且這種自愈合優(yōu)勢隨著損傷程度的增加而逐漸降低；

②SBS改性與基質(zhì)瀝青的自愈合能力均隨損傷程度增加而減小，并且其減小速率在較低損傷程度下更為明顯，說明了瀝青的早期損傷對自愈合的影響較明顯；

③SBS改性瀝青混合料的自愈合效果優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，說明了瀝青與瀝青混合料的自愈合性能具有一致性。