基于使用性能的瀝青路面面層材料優(yōu)化研究

文∕鄭珺

1 前言

在瀝青路面的實踐過程中，改善瀝青路面的機(jī)能并延長其壽命已變成需要思量的主要問題。運用改性瀝青混合料可以很好地改善瀝青路面的機(jī)能，對瀝青混合料的路用性能有改良效果，同時能減少路面使用的相關(guān)花費。

本文的目標(biāo)在于有效改性瀝青路面上下層，利用全面的室內(nèi)試驗，研究了普通上下層改性瀝青混合料的路用性能，并對合理的改性進(jìn)行了研究，確定上下層瀝青混合料。

2 基于使用性能的上面層改性瀝青混合料路用性能研究

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)表明[1]，上層路面是瀝青路面層的關(guān)鍵部分。上層瀝青混合料是路面結(jié)構(gòu)能夠在溫度低的條件下抵抗收縮裂縫，同時具有較好的表面功能如防滑，可見性好等性能要求。

根據(jù)上層的這些功能特性，可以為上層材料選擇相應(yīng)的瀝青改性劑和混合料確保上層的結(jié)構(gòu)和功能性能。本文比較和分析了基質(zhì)瀝青混合料和幾種改性瀝青混合料的路用性能。

2.1 上面層相關(guān)物料高溫穩(wěn)定性實驗

瀝青混合料在高溫環(huán)境下承受外部荷載并減少變形的性能是高溫穩(wěn)定性[2]。符合馬歇爾穩(wěn)定性和流量值的瀝青混合料能夠適量的減輕車轍的影響。本節(jié)的研究對象是橡膠改性瀝青，SBS 改性瀝青混合料和環(huán)氧瀝青混合料的性能。瀝青混合料類型選擇AC13 細(xì)粒瀝青混合料，試驗結(jié)果見表1。

表1 車轍對比試驗結(jié)果

根據(jù)表1 結(jié)果，可以看出：

（1）橡膠改性的結(jié)果比普通的高了將近1.5 倍，原因在于有相當(dāng)多的橡膠粉在高溫的環(huán)境下彈性不受太大的影響，同時變形回復(fù)能力也很強。因此其高溫穩(wěn)定性更棒。

（2）SBS 改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度比普通的增加了接近2 倍，變形率顯著減少。這表明改性之后，增加了SBS 在高溫條件下的抗流動變形能力，并顯著增加了其高溫穩(wěn)定性。

（3）環(huán)氧樹脂改性瀝青的數(shù)值達(dá)到5782 次/mm，比基礎(chǔ)瀝青混合料多了3 倍多。表明環(huán)氧樹脂改性后瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的改善結(jié)果最為顯著。

（4）高溫穩(wěn)定性的改善效果的排序是橡膠＜SBS＜環(huán)氧樹脂。

2.2 上面層改性瀝青混合料低溫抗裂性研究

將試件切成40mm×40mm×250mm 的梁，MTS 測試機(jī)的測試溫度調(diào)整為-10℃，加載速率為每分鐘50mm 。分別對幾種改性瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行試驗，最大抗彎抗拉強度越小，剛度模量越大，瀝青混合料的抗低溫開裂性越差，但某些改性瀝青混合料的彎曲拉伸應(yīng)變減少。

表2 車轍對比試驗結(jié)果

通過比較和分析表2，得到結(jié)果：

（1）與基礎(chǔ)的相比，橡膠的最大彎曲拉伸應(yīng)變增加10%，表明這樣可以提高低溫抗裂性。原因是橡膠改性后，瀝青混合料在低溫下具有一定的柔韌性，因此在低溫下的變形能力也隨之增加。

（2）SBS 極限抗彎強度增加二分之一，極限彎曲拉伸應(yīng)變增加一半，而剛度模量幾無變化。也就是說SBS 能夠承受最大應(yīng)力的程度好過基質(zhì)，低溫抗裂性明顯改善。

（3）環(huán)氧樹脂改性瀝青混合料的彎曲抗拉強度和最大彎曲拉伸應(yīng)變均優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，最大彎曲拉伸應(yīng)變增加了25%，溫度敏感性明顯提高，低溫抗裂性得到提高。

（4）SBS 的低溫改善效果好于環(huán)氧樹脂好于橡膠。

2.3 上面層改性瀝青混合料水穩(wěn)定性研究

評價水穩(wěn)定性的方法有沉浸馬歇爾試驗，凍融劈裂試驗和沉浸抗壓強度試驗等幾種。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定[3]，一般選用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

本文對不同的上層瀝青混合料的水穩(wěn)定性能進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果見表3。

表3 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

根據(jù)比較和分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）橡膠、SBS 和環(huán)氧樹脂三種改性瀝青混合料的凍融劈裂強度分別比基體瀝青混合料增加1.7%、15.2%和13.4%，表明其水穩(wěn)定性能在改性之后都或多或少地受到了改善。

（2）幾種改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性實驗性能效果比較為：SBS＞環(huán)氧樹脂＞橡膠。

3 下面層材料合理改性優(yōu)化分析

3.1 下面層瀝青混合料路用性能研究

在本節(jié)中，在相同類型的瀝青混合料和骨料的條件下，利用幾種類型的實驗對幾種常見的改性瀝青混合料和基體瀝青混合料加以實驗，以驗證其改進(jìn)效果。請參見表4。

表4 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

通過對比分析，可以知道：

（1）SBS，SEAM 和硅藻土改性瀝青混合料的動態(tài)穩(wěn)定性分別比基礎(chǔ)瀝青高了207%，192%和105%。高溫穩(wěn)定性的改善效果為：SBS 最好，SEAM 次之，硅藻土最差。

（2）SBS 和硅藻土改性瀝青混合料的最大彎曲拉伸應(yīng)變比基質(zhì)的最大彎曲拉伸應(yīng)變高42%和16%，SEAM 最大彎曲拉伸應(yīng)變僅比基礎(chǔ)瀝青高3.5%。結(jié)果表明，不同改性瀝青混合料對低溫抗裂性的改善效果為：SBS 的最好，硅藻土次之，接縫改性瀝青混合料最差。

（3）SBS 改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性改善效果最好。

4 結(jié)語

上面層的試驗結(jié)論：

（1）就高溫穩(wěn)定性改善效果而言，環(huán)氧樹脂的效果最好，SBS 的次之，橡膠的最差。

（2）就低溫抗裂性改善效果而言，SBS 的效果最好，環(huán)氧樹脂的次之，橡膠的最差。

（3）就水穩(wěn)定性改善效果而言，SBS 的效果最好，環(huán)氧樹脂的次之，橡膠的最差。

下面層的試驗結(jié)論：

（1）SBS 改性瀝青混合料、SEAM 改性瀝青混合料和硅藻土改性瀝青混合料的綜合路用性能評價等級分別為優(yōu)、良、良。

（2）SBS 改性瀝青混合料在改性的時候效果最好，但SEAM 改性瀝青混合料和硅藻土也可以使用，價格低可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用。