楊 怡

(邯鄲市交通運輸局，河北 邯鄲 056002)

0 前言

瀝青路面因其特殊的功能，常年暴露在自然環(huán)境中，不僅要承受荷載的反復(fù)作用，而且要經(jīng)受紫外線、氣溫、雨水以及光照等自然因素的作用，使瀝青路面逐漸出現(xiàn)老化現(xiàn)象［1］，而且瀝青混合料施工時在拌合、運輸、攤鋪和碾壓過程中都存在老化現(xiàn)象［2］。老化使瀝青混合料的低溫變形能力逐漸衰減，瀝青路面使用壽命降低［3］。相關(guān)研究表明［4，5］，在瀝青混合料中添加高模量劑能在大幅提高混合料高溫穩(wěn)定性的同時，改善其低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。而對加入高模量劑后瀝青混合料的抗老化性能，至今研究較少?；诖?，本文通過試驗，研究了不同高模量劑摻量下經(jīng)短期老化和后期老化后瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性，并與未老化的瀝青混合料作對比，評價了高模量劑對瀝青混合料抗老化性能的影響，為促進高模量劑瀝青混合料的應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

本文選用HK70#基質(zhì)瀝青，基本技術(shù)指標(biāo)見表1;粗細集料選用玄武巖，礦粉為磨細的石灰石粉，其各項技術(shù)指標(biāo)均能滿足相關(guān)要求;高模量劑選用深圳路特新材料科技有限公司生產(chǎn)的抗車轍劑，外觀為純黑色顆粒狀固體，由多種聚合物復(fù)合而成，具有良好的物理力學(xué)性能;混合料級配采用AC－13，具體級配組成見表2。

表1 瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

表2 瀝青混合料合成級配

1.2 試驗方法

將不同高模量劑摻量的瀝青混合料試樣進行短期烘箱加熱和長期烘箱加熱，分別模擬瀝青混合料的短期老化和長期老化，然后按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和小梁低溫彎曲試驗，并與未經(jīng)老化的瀝青混合料作對比，研究高模量劑摻量和老化對瀝青混合料水穩(wěn)定性和低溫抗裂性的影響。其中短期烘箱加熱是將松散混合料置于135 ℃±1 ℃的強制通風(fēng)烘箱內(nèi)加熱4 h ±5 min，進行短期老化;長期烘箱加熱是將經(jīng)過短期老化的成型時間放置于強制通風(fēng)烘箱內(nèi)，以85 ℃ ±1 ℃的溫度進行為期(120 ±0.5)h 的長期老化。

2 高模量劑對老化后水穩(wěn)定性的影響

2.1 浸水馬歇爾試驗

將不同高模量劑摻量(0%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%)的瀝青混合料，經(jīng)短期老化和后期老化后進行浸水馬歇爾試驗，并與未老化的瀝青混合料作對比，研究高模量劑對瀝青混合料抗老化性能的影響，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 高模量劑摻量對混合料老化后殘留穩(wěn)定度的影響

從圖1可以看出，高模量的加入能大幅提高瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，明顯改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而加入高模量劑后，老化前后瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都隨高模量劑摻量表現(xiàn)出相同的變化趨勢，當(dāng)摻量小于0.4%時增大高模量劑摻量能提高瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，之后再增大高模量劑摻量反而會使殘留穩(wěn)定度降低。這是因為當(dāng)高模量的摻量小于0.4%時，隨著摻量的增多，瀝青混合料中的孔隙逐漸被填充，孔隙率減小密實度增大，另外瀝青結(jié)合料粘度增大，使混合料的水穩(wěn)定性得到提高;而當(dāng)摻量大于0.4%時，多余的高模量劑顆粒充當(dāng)部分細集料，改變了混合料的級配組成，粗集料的骨架作用減弱，在外力作用下容易失穩(wěn)，水穩(wěn)定性降低。

短期老化和長期老化對基質(zhì)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響很大，未經(jīng)老化時基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為87.8%，而短期老化和長期老化后的殘留穩(wěn)定度分別降低到83.4%和71.2%，長期老化后基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度已不滿足規(guī)范要求(≥80%)，表明基質(zhì)瀝青混合料水穩(wěn)定性對老化相當(dāng)敏感。而高模量劑的加入很大程度地提高了瀝青混合料老化后的殘留穩(wěn)定度，改善了水穩(wěn)定性，使其對老化的敏感性降低。例如當(dāng)高模量劑摻量為0.2%時，未經(jīng)老化、短期老化和長期老化后的殘留穩(wěn)定度分別為94.1%、90.2%和86.4%，相互之間的差距減小，當(dāng)高模量劑摻量大于0.4%時增加摻量雖然使殘留穩(wěn)定度逐漸降低，但當(dāng)摻量為0.8%時，老化前后的殘留穩(wěn)定度依然遠大于基質(zhì)瀝青混合料。

2.2 凍融劈裂試驗

對不同條件下瀝青混合料進行凍融劈裂試驗，測定不同條件下的凍融劈裂強度比，研究高模量劑摻量和老化對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 高模量劑摻量對混合料老化后凍融劈裂強度比的影響

從圖2可以看出，隨著高模量劑摻量的增大，凍融劈裂強度比先增大后減小，當(dāng)摻量為0.4%時，未經(jīng)老化和短期老化的混合料的凍融劈裂強度比達到最大值，而長期老化條件下凍融劈裂強度比達到最大值時的摻量為0.6%。這主要是因為，長期老化使瀝青性能大幅衰減，需要更高摻量的高模量劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性進行改善。

基質(zhì)瀝青經(jīng)短期老化和長期老化后的凍融劈裂強度比分別為78.1%和70.3%，與未老化的凍融劈裂強度比83.4%相比，分別降低6.4%和15.7%。摻入0.4%的高模量劑使瀝青混合料短期老化后的凍融劈裂強度比提高12.9%，而摻入0.6%的高模量劑使瀝青混合料長期老化后的凍融劈裂強度比提高15.9%，表明高模量劑的加入能明顯改善瀝青混合料經(jīng)老化后的水穩(wěn)定性。老化明顯降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而高模量劑的加入使瀝青混合料短期老化和后期老化后的水穩(wěn)定性相比與基質(zhì)瀝青混合料都有不同程度的改善，且老化時間越長，改善效果越明顯。

3 高模量劑對老化后低溫抗裂性的影響

將不同高模量劑摻量下的瀝青混合料試件經(jīng)未老化、短期老化和后期老化后進行小梁低溫彎曲試驗，測定瀝青混合料的抗彎拉強度和破壞應(yīng)變，以此研究高模量劑摻量和老化對瀝青混合料低溫抗裂性的影響，試驗結(jié)果見圖3。其中主要起破壞應(yīng)變表征瀝青混合料的低溫抗開裂能力，破壞應(yīng)變越大表示低溫下瀝青混合料的變形能力越強，低溫抗開裂性能越好。

圖3 高模量劑摻量對混合料老化后低溫抗裂性的影響

從圖3可以看出，高模量劑的加入使瀝青混合料的抗彎拉強度和破壞應(yīng)變都明顯增大，低溫抗裂性能得到提高，例如對未老化的基質(zhì)瀝青混合料而言，摻加0.2%和0.6%的高模量劑分別使破壞應(yīng)變值由 2 005.8 με 提高到 2 185.3 με 和 2 703.1 με，增幅分別為8.9%和34.8%。破壞應(yīng)變隨高模量劑摻量的變化都出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，高模量劑摻量存在最佳值，當(dāng)摻量小于最佳值時增大摻量能提高低溫抗裂性能，而當(dāng)摻量大于最佳摻量時再增加摻量反而會降低低溫抗裂性能。這主要是因為，高模量劑中的高聚物材料與瀝青相比有更大的內(nèi)聚力，與礦料界面的粘結(jié)力較大，因此適當(dāng)增加高模量劑摻量能增強瀝青混合料的低溫抗裂性能;而當(dāng)摻量太大時，較多的高模量劑顆粒在瀝青混合料中不均勻分布，瀝青混合料內(nèi)部出現(xiàn)諸多薄弱點，低溫時在外力作用下易出現(xiàn)脆斷，因此低溫抗裂性能降低。

當(dāng)高模量劑摻量相同時，經(jīng)短期老化和長期老化后，瀝青混合料的抗彎拉強度增大，抗彎拉強度順序依次是:長期老化＞短期老化＞未老化。破壞應(yīng)變大幅降低，尤其是長期老化后破壞應(yīng)變的降低幅度更為明顯，老化前高模量劑的最佳摻量為0.6%，而經(jīng)老化后最佳摻量變?yōu)?.2%。這主要是因為，瀝青經(jīng)老化后，輕質(zhì)組分揮發(fā)，瀝青質(zhì)的相對比例增大，勁度模量增大，與礦料間的粘結(jié)力增強，因此，老化時間越長，瀝青混合料的抗彎拉強度越大。而瀝青老化后的變硬變脆，彈性和柔性變差，相應(yīng)的破壞應(yīng)變減小，低溫抗裂性能變差。

4 結(jié)論

1)隨著高模量劑摻量的增加，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比都出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，當(dāng)摻量為0.4%時兩者都有最大值，此時混合料的水穩(wěn)定性越好。

2)瀝青混合料經(jīng)老化后的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比都有所降低，尤其是長期老化后的降低幅度更大，而高模量劑的加入明顯延緩了兩者的降低程度，提高了混合料老化后的抗水損害能力。

3)增加高模量劑摻量會使瀝青混合料的抗彎拉強度和破壞應(yīng)變都有所增大，低溫抗裂性能有所提高，但總體來說摻量不宜大于0.6%。

4)老化后瀝青混合料的抗彎拉強度增大，具體順序是:長期老化＞短期老化＞未老化;而破壞應(yīng)變降低，具體順序是:未老化＞短期老化＞長期老化，表明老化使低溫抗裂性能降低，但高模量劑的加入能明顯延緩其降低幅度。

［1］童申家，程可飛，王 聰.SBS AC－16 瀝青混合料抗紫外線老化級配研究［J］.公路，2013(12):31 －35.

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