適用高寒高海拔地區(qū)瀝青混合料路用性能

李爾榮

摘 要：本次研究制備了兩種改性瀝青混合料，一種為橡膠粉，一種為SBS，通過(guò)與基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，制備適用于高寒高海拔地區(qū)瀝青混合料時(shí)，一定要考慮到瀝青混合料的抗裂性、水穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，施工人員一定要結(jié)合實(shí)際需求選擇適用性較強(qiáng)的瀝青混合料。

關(guān)鍵詞：高寒高海拔地區(qū);瀝青混合料;抗裂性能;水穩(wěn)定性;路用性能

一般情況下，高寒高海拔地區(qū)其高原氣候特征非常明顯，由于此地區(qū)常年處于低氣溫狀態(tài)，晝夜溫差非常大，一些高寒高海拔地區(qū)極端溫度甚至高達(dá)零下39℃，但是由于白天會(huì)受到較強(qiáng)的紫外線照射，因此對(duì)瀝青混合料的使用性能也提出了更高的要求。近年來(lái)，施工人員常采用改性瀝青混合料來(lái)提高瀝青混合料的路用性能，目前比較常用的瀝青混合料類型有橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料，下面就通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，對(duì)基質(zhì)瀝青混合料、兩種改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了詳細(xì)的比較分析，從而選擇出了較為合適的適用于高寒高海拔地區(qū)的瀝青混合料。

1 原材料的選擇

1.1 選擇瀝青

本次研究中選取了110號(hào)A級(jí)瀝青作為基質(zhì)瀝青，由于制備SBS改性瀝青的過(guò)程比較復(fù)雜，即便是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行制備，所得到的瀝青其質(zhì)量也很難得到保障，為了保證本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的公平性及有效性，本次研究中所用的SBS改性瀝青均為所購(gòu)買的成品，此成品中基質(zhì)瀝青與本研究中所用的基質(zhì)瀝青相同。

1.2 確定最佳油石比

通過(guò)馬歇爾實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定瀝青混合料的最佳油石比，首先對(duì)最佳瀝青最佳摻量進(jìn)行計(jì)算，由于考慮到高寒高海拔地區(qū)的特殊性，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的要求，為了較好地滿足此特殊地區(qū)對(duì)混合料性能的要求，我們適當(dāng)?shù)奶岣吡嘶旌狭系臑r青用量，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定各種瀝青混合料的油石比，即基質(zhì)瀝青、橡膠粉改性瀝青、SBS改性瀝青分別為4.4%、5.0%和4.7%。

1.3 選擇混合料級(jí)配

在瀝青混合料密實(shí)度方面，AC型混合量較高，所以其低溫抗裂性、耐久性以及水穩(wěn)定性均比較好，但是其高性能方面并沒有優(yōu)勢(shì);SMA型混合料由于其抗水損壞性能和高溫性能比較好，所以耐久性較強(qiáng)，但是7種混合料對(duì)礦料的級(jí)配、瀝青用量等因素的敏感性非常強(qiáng)，制配工藝比較復(fù)雜，尤其離析程序難度比較高，因此在一些高寒高海拔地區(qū)此種類型的瀝青混合料適用性比較低;OGFC混合料，由于混合料之間的嵌擠作用，使得其強(qiáng)度較優(yōu)，水穩(wěn)定性較好，但是在低溫抗裂性能方面卻非常低，實(shí)驗(yàn)人員在經(jīng)過(guò)多次比較后最終選擇了AC-13級(jí)配的混合料。混合料級(jí)配選擇完成后，開始三種瀝青混合料的制備。

1.4 確定實(shí)驗(yàn)方案

混合料制備完成后，首先進(jìn)行了彎曲破壞實(shí)驗(yàn)，用每一種材料的瀝青混合料制作6根小梁，以最大彎拉應(yīng)變、勁度模量等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行評(píng)價(jià);然后采用馬歇爾試驗(yàn)，以殘留強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià);采用伺服疲勞機(jī)，以疲勞次數(shù)、荷載線性擬合的直線斜率、線性截距等為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)混合料的抗疲勞性能進(jìn)行評(píng)價(jià);采用車轍實(shí)驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 瀝青混合料路用性能分析

2.1 低溫抗裂性能

本工程項(xiàng)目位于青海省，項(xiàng)目所處位置海拔為4 000 m～4 500 m，冬、夏季最低氣溫分別可達(dá)到零下30℃和0℃，可見此區(qū)域晝夜溫差較大，對(duì)瀝青混合料道路的耐久性造成了較大的影響。如果采用橡膠粉改性瀝青混合料，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算后發(fā)現(xiàn)最大彎拉微應(yīng)變力可達(dá)5 250 με，此微拉應(yīng)變力對(duì)應(yīng)的勁度模量為2 450 MPa，采用同樣的方式對(duì)SBS改性瀝青混合料最大彎拉微應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，其最大彎拉應(yīng)變、勁度模量分別為3 980 με和3 360 MPa，在對(duì)基質(zhì)瀝青混合料最大彎拉微應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，其最大彎拉應(yīng)變、勁度模量分別為3 387 με和2 700 MPa。結(jié)合道路工程施工技術(shù)規(guī)范中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于一些利于高寒高海拔地區(qū)的道路工程，在使用改性瀝青混合料時(shí)，一定要將瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變力控制在2 800 με及以上。因此，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)瀝青混合料和其他兩種改性瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)均符合高寒高海拔地區(qū)瀝青混合料使用標(biāo)準(zhǔn)。以基質(zhì)瀝青混合料為基礎(chǔ)，在最大彎拉應(yīng)變方面，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料分別增加了55.0%和17.5%，在對(duì)應(yīng)的勁度模量方面，橡膠粉改性瀝青混合料降低了9.26%，SBS改性瀝青混合料增加了24.4%，對(duì)勁度模量進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，如果處于低溫環(huán)境下，瀝青混合料的勁度越低，其低溫抗裂性能越佳。本次研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與基質(zhì)瀝青混合料相比較而言，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS瀝青混合料，其低溫抗裂性能均出現(xiàn)了不同程度的升高，并且橡膠粉改性瀝青混合料的低溫抗裂性能更優(yōu)。

SBS改性瀝青混合料其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為特殊的網(wǎng)狀型，由改性劑與瀝青共同形成的一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中具備了拉伸變形與壓縮變形特征，這也在很大程度上提高了混合料的低溫抗裂性能及高溫抗變形性能。在橡膠粉改性瀝青中，膠粉顆粒與瀝青基體模量明顯不同，并且在低溫下，膠粉顆粒與瀝青基體模量互不相容，當(dāng)基質(zhì)瀝青達(dá)到極限應(yīng)變時(shí)，膠粉顆粒就會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而在橡膠粉瀝青混合料中會(huì)產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶，促進(jìn)了能量的消耗。一些體積比較大的橡膠粒子較好的促進(jìn)了銀紋的生長(zhǎng)，同時(shí)還有效的避免了銀紋在生長(zhǎng)過(guò)程中斷裂情況的出現(xiàn)，進(jìn)而延緩了破壞性裂紋的發(fā)生發(fā)展，有效的改善了瀝青混合料的柔韌性。

2.2 水穩(wěn)定性能

本工程項(xiàng)目所處區(qū)域過(guò)去的5年平均降水天氣高達(dá)47%，年降水量高達(dá)550 mm左右，所以對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)是非常重要的。在殘留強(qiáng)度比方面，與基質(zhì)瀝青混合料相比較而言，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料分別降低3.8%和2.1%，而在殘留穩(wěn)定度方面，橡膠粉改性瀝青混合料升高0.5%，而SBS改性瀝青混合料降低1.9%，我國(guó)相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中要求濕潤(rùn)地區(qū)改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比不得低于80%，殘留穩(wěn)定度不得低于85%，對(duì)此進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料殘留強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度均滿足要求。但是由于高寒高海拔地區(qū)凍融循環(huán)比較頻繁，采用凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果與高寒高海拔地區(qū)改性瀝青混合料的路用性能需求更加符合。所以在綜合各方面的因素后認(rèn)為，與橡膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能相比較而言，SBS改性瀝青混合料更佳。

2.3 抗疲勞性能

在抗疲勞性能測(cè)試方面，采用了小梁試驗(yàn)，通過(guò)擬合疲勞次數(shù)與荷載，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，橡膠粉改性瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料的n值相差0.6，SBS改性瀝青混合料只相差0.1，前者敏感程度變化更大。也提示，如果荷載作用相同，SBS改性瀝青混合料所承受的破壞次數(shù)更多，其疲勞壽命更長(zhǎng)。

2.4 高溫穩(wěn)定性能

在對(duì)三種瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)瀝青混合料、橡膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別為730次/mm、2 190次/mm和2 450次/mm，與基質(zhì)瀝青混合料相比較，橡膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定性分別提高了200%和235.6%，由此可見，兩種改性瀝青混合料高溫性能改善效果均非常明顯，得出SBS瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能更佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，在高寒高海拔地區(qū)，與基質(zhì)瀝青混合料的路用性能相比較而言，改性瀝青混合料更佳，并且橡膠粉改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變力提升，勁度模量降低，尤其低溫抗裂性能更優(yōu)，SBS改性瀝青混合料殘留強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度降低，尤其水穩(wěn)定性更優(yōu)，疲勞壽命更長(zhǎng)。高寒高海拔地區(qū)溫度較低，研究人員可以將一些高溫指標(biāo)作為選擇合理瀝青混合料種類的因素。

參考文獻(xiàn)：

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