AC-20型SEAM瀝青混合料抗疲勞性能對比研究

北京交通職業(yè)技術(shù)學院，北京 102200

SEAM是Sulphur-extended Asphalt Modifier的縮寫，是一種硫黃瀝青改性劑，常溫下為半球狀黑褐色固體顆粒，可以同石料一樣儲存與運輸。SEAM可以根據(jù)需要替代高達40%的瀝青，進而節(jié)省材料資源，改善瀝青混合料的路用性能，尤其是顯著提高其高溫抗車轍能力。但是多數(shù)研究與應用只注重了SEAM瀝青混合料優(yōu)良的高溫抗車轍性能，而忽略了對SEAM瀝青混合料其他路用性能進行改善，特別是對SEAM瀝青混合料抗疲勞性能的相關(guān)研究較少，需要深入研究。文章采用控制應力簡支梁彎曲疲勞試驗法，通過在PLS-100kN微機控制電液伺服疲勞試驗機上進行應力控制的簡支梁彎曲疲勞試驗，進行AC-20型SEAM瀝青混合料與普通瀝青混合料疲勞性能的對比，以此評價SEAM瀝青混合料的抗疲勞性能。

1 AC-20型SEAM改性瀝青混合料疲勞試驗準備

通過使用控制應力的彎曲疲勞試驗機對AC-20型SEAM改性瀝青混合料進行抗疲勞性能指標的試驗，確定AC-20型SEAM改性瀝青混合料的抗疲勞性能實際指標。試驗前要做好相應的準備工作。

1.1 原材料

（1）瀝青。采用殼牌70＃（Pen60/80）瀝青，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ F40—2004）（以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》）要求的性能指標檢測針入度（25℃，100g，5s）、針入度指數(shù)PI、延度（5cm/min，10℃）、軟化點（環(huán)球法）、動力黏度（60℃）、閃點、溶解度、15℃密度和TFOT后殘留物項目，性能指標均符合規(guī)范要求。

（2）礦料。此次試驗粗集料使用的碎石為石灰?guī)r，細集料使用的機制砂也為石灰?guī)r，通過集料的性能試驗測定，所使用的集料性能均能滿足規(guī)范規(guī)定。

（3）改性劑SEAM。常溫下為半球狀黑褐色固體顆粒，SEAM既作為瀝青改性劑又作為瀝青添加劑。

1.2 瀝青混合料的配合比

對AC-20型SEAM改性瀝青混合料進行相應的配合比試驗，以取得瀝青混合料中粗細礦料的使用比例和混合料的最佳油石比。

（1）礦料級配。通過使用馬歇爾試驗的方法，按照《技術(shù)規(guī)范》的要求，最終得到AC-20型SEAM改性瀝青混合料的礦料用量比例，即20～30mm碎石為7%、10～20mm碎石為42%、5～10mm碎石為18%、機制砂為38%。

（2）最佳油石比。依據(jù)《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，最終測定AC-20型瀝青混合料的最佳油石比為4.5%。

通過替代公式確定的SEAM結(jié)合料用量為5.12%，其中SEAM用量為2.05%，瀝青用量為3.07%。替代公式如下：

2 AC-20型SEAM改性瀝青混合料疲勞試驗方法

文章采用小梁彎曲疲勞試驗對不同結(jié)合料的AC-20型瀝青混合料抗疲勞性能進行評價，試驗設(shè)備為PLS-100kN微機控制電液伺服疲勞試驗機。

（1）試件尺寸。采用瀝青混合料車轍儀制作規(guī)格為300mm×300mm×50mm的瀝青混合料試件，使用切割機朝著車轍儀碾壓試件的方向?qū)⒃嚰懈顬?20mm×50mm×50mm的符合疲勞試驗的試件。

（2）試驗條件。試驗溫度為15℃，加載頻率為10Hz，跨徑為20cm，應力水平根據(jù)實驗過程中疲勞作用次數(shù)的大小采取0.2～0.6或0.3～0.7，采用應力控制三點彎曲試驗，每個應力水平采用3根小梁進行平行試驗，根據(jù)不同應力比下的疲勞破壞數(shù)據(jù)，繪制加載次數(shù)和變形曲線。

2.1 靜載下試件破壞強度試驗

在疲勞試驗前，用疲勞試驗機對成型的SEAM改性瀝青混合料小梁進行彎拉強度試驗，每個級配類型分別采用3根小梁進行平行試驗，小梁試件以完全斷裂為破壞標志。

AC-20型瀝青混合料小梁疲勞彎曲強度結(jié)果如下：（1）Pen60/80瀝青混合料平均破壞荷載為2.18kN，抗彎拉強度為5.232MPa；（2）SEAM Pen60/80瀝青混合料平均破壞荷載為2.48kN，抗彎拉強度為5.952MPa。

2.2 動載下試件疲勞試驗

對AC-20型瀝青混合料小梁進行動載疲勞試驗，當220mm×50mm×50mm的試件全部斷開后，標志著試件完全破壞，此時記錄破壞荷載的作用次數(shù)。AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞試驗結(jié)果如表1所示，其小梁疲勞彎曲疲勞方程如表2所示。

表1 AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞試驗結(jié)果表

表2 AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞方程及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制AC-20型SEAM改性瀝青混合料的疲勞曲線圖，如圖1、圖2所示。

圖1 AC-20型Pen60/80瀝青混合料對數(shù)坐標回歸疲勞方程曲線

圖2 AC-20型SEAM Pen60/80瀝青混合料對數(shù)坐標回歸疲勞方程曲線

3 結(jié)論

通過運用控制應力簡支梁彎曲疲勞試驗法，對SEAM瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料抗疲勞性能進行對比研究，得出如下結(jié)論：

（1）AC-20型SEAM改性瀝青混合料與AC-20型普通瀝青混合料相比，在應力比相同的情況下，具有更多的疲勞作用次數(shù)。

（2）AC-20型SEAM改性瀝青混合料抗疲勞性能略高于AC-20型普通瀝青混合料。

（3）AC-20型SEAM改性瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從疲勞試驗的標準疲勞方程模式。