張樹春，代　考

(1.廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，廣州　510000； 2.廣東工業(yè)大學華立學院，廣州　510000)

巖瀝青改性瀝青微表處混合料路用性能試驗研究

張樹春1，代考2

(1.廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，廣州510000； 2.廣東工業(yè)大學華立學院，廣州510000)

摘要：巖瀝青是一種天然瀝青改性劑，具有瀝青混合料路用性能的特性。以“輪胎驅動式路面功能加速加載試驗系統(tǒng)”作為試驗平臺，對不同摻量巖瀝青的改性乳化瀝青微表處混合料進行室內加速加載試驗。通過模擬實際道路特點，研究微表處混合料抗滑性能變化規(guī)律，并定量評價巖瀝青摻量對其路用性能的影響。研究成果對推動微表處技術的應用與發(fā)展具有重要意義。

關鍵詞：巖瀝青；改性乳化瀝青；微表處；加速加載試驗；路用性能

瀝青路面因具有很好的穩(wěn)定性和舒適性而被廣泛應用于路面鋪設。然而，隨著現(xiàn)代交通量不斷增大以及受降雨、高溫等氣候條件的影響，瀝青路面的抗滑性能逐漸衰減，已經嚴重影響到車輛的行車安全。

微表處技術引入到我國已經有很多年了。以往大量工程應用表明，工程質量好的微表處對瀝青路面確實具有良好的保護作用，能夠有效改善路面的抗滑性能、封堵微細裂縫、處置輕微車轍等，延長路面使用壽命和大修周期[1]。然而，目前所實施的微表處工程其表面功能并非都令人滿意，這是由于現(xiàn)有《微表處和稀漿封層技術指南》中規(guī)定微表處和稀漿封層中所用的乳化瀝青的針入度指標范圍是40～100，該范圍過于寬泛，所制成的微表處質量差異性較大，不能完全保證微表處攤鋪后的抗滑耐久性[2]。筆者認為，在綜合考慮瀝青混合料的粘結性、抗裂性和脆性時，對《指南》提出的針入度范圍具有優(yōu)化和細化的余地[3]?；诖?，筆者采用向成品乳化瀝青中外摻不同比例的巖瀝青來獲取低標號乳化瀝青，并利用所得的改性乳化瀝青制成微表處試件，采用室內加速加載裝置來研究和評價微表處混合料在加速加載條件下其抗滑性能和抗剝落性能的變化情況，進而對其路用性能進行評價[4]。

1原材料選用

1.1集料

試驗采用粒徑5～10、0～5 mm的集料，石料采用廣東省梅州長大生產基地生產的凝灰?guī)r[5]。集料性能試驗結果如表1所示。

1.2級配

經由試驗驗證MS-3型級配下限在抗滑性能衰減和抗剝落2方面都表現(xiàn)出了較好的性能。因此，為消除級配對微表處表面功能的影響，本次試驗采用MS-3下限[6]。微表處礦料級配如表2所示。

表1　集料性能試驗結果匯總

表2　微表處礦料級配

1.3乳化瀝青

試驗采用“威森德”牌改性乳化瀝青，技術指標如表3所示。試驗采用天然巖瀝青，黑褐色，粉末狀，且具有不規(guī)則的棱角斷面。組分中瀝青質含量很高，經燃燒法測定，改性乳化瀝青的總體比例約89.8%。

1.4巖瀝青改性乳化瀝青技術指標

根據《乳化瀝青蒸發(fā)殘留物測定法》中所規(guī)定的檢測項目，按其規(guī)定的方法檢測巖瀝青改性乳化瀝青的性能，檢驗瀝青是否合格[7]。

本次試驗巖瀝青摻量分別選為0、2.0%、4.0%、6.0%(相對于乳化瀝青質量的百分數)，采用人工物理拌和方法，共獲得了4種巖瀝青改性乳化瀝青，其性能指標如表4所示。

1.5環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青技術指標

根據《乳化瀝青蒸發(fā)殘留物測定法》中所規(guī)定的檢測項目，按其規(guī)定的方法檢測環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的性能，檢驗瀝青是否合格[8]。

表3　改性乳化瀝青技術指標測試結果

通過采用人工物理拌和方法檢驗得出摻量為2.0%環(huán)氧樹脂改性瀝青的性能技術指標，如表5所示。

表4　不同摻量巖瀝青改性乳化瀝青的性能指標

表5　環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青技術指標測試結果

2室內試驗

2.1試件制作

根據工程經驗，按照《瀝青改性乳化瀝青微表處指南》規(guī)定的常規(guī)試驗檢測混合料的可拌和時間、粘聚力和油石比，確定瀝青和水的用量。

把8個水泥混凝土底模分成4組，每組各2個，每組底模攤鋪同一種微表處混合料，如圖1及表6所示。

圖1　微表處混合料試件

試件編號分組級配瀝青油石比/%1#2#3#4#5#6#7#8#第1組第2組第3組第4組MS-3下限改性乳化瀝青+0%巖瀝青改性乳化瀝青+2%巖瀝青改性乳化瀝青+4%巖瀝青改性乳化瀝青+2%環(huán)氧樹脂10

根據《瀝青改性乳化瀝青微表處指南》中的規(guī)定配制不同油石比及不同巖瀝青摻量的混合料。模擬實際施工方法，將配制成的4種微表處混合料攤鋪在相同的水泥混凝土試件載體上，待改性乳化瀝青破乳后便開始測試初始條件下試件的重量和擺值，并安裝試件。

2.2磨耗試驗

選取的試驗條件為：輪胎接地壓力0.7 MPa，輪胎荷載225 kN，運行速度1 500 ms/r，溫度控制30 ℃，總作用次數設置為70 000次，分別在標準輪胎作用次數達到5 000、10 000、30 000、50 000、70 000次時用擺式儀對各個試件在不同作用次數后的擺值(BPN)進行測量，以觀察其抗滑性能的變化。同時，使用手工鋪砂法測量試件表面的構造深度。通過這2種試驗方法來評價不同巖瀝青摻量和2%環(huán)氧樹脂微表處混合料的抗滑性能[2]。

3試驗結果與分析

3.1摻入巖瀝青的改性乳化瀝青技術指標評價

改性乳化瀝青是微表處的良好粘結材料，其質量的好壞對封層質量的影響最直接、最明顯。評價試驗采用3種不同巖瀝青摻量的改性乳化瀝青。改性乳化瀝青摻加巖瀝青技術的性能試驗結果如表7所示。

由表7數據可以看出，改性乳化瀝青中摻入巖瀝青可以降低其針入度，且隨著巖瀝青摻量的增大，改性乳化瀝青針入度降低就越明顯。

此外，摻入巖瀝青的乳化瀝青其延度也大幅降低，且遠小于20，不符合JTG/T F40-02—2005《微表處和稀漿封層技術指南》對乳化瀝青的延度要求，不能用于制作微表處混合料[8]。

表7　改性乳化瀝青+巖瀝青的瀝青性能指標

3.2巖瀝青和環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青對微表處抗滑性能的影響

3.2.1微表處混合料擺值測量結果

對摻巖瀝青和環(huán)氧樹脂的改性乳化瀝青微表處進行抗滑性能影響研究，并對微表處混合料的擺值(BPN)進行測量，統(tǒng)計值如圖3所示。

圖3　微表處混合料的擺值(BPN)統(tǒng)計

從圖3可以清楚看出，試驗初期所有微表處混合料抗滑性能迅速降到一定數值(10 000次輪胎作用)后便平緩下降。特別是加載到5 000次后，抗滑性能衰減速度特別快，但這個現(xiàn)象與添加巖瀝青含量關系不大，因為當加載到10 000次后，隨著輪胎作用次數增加，所有微表處混合料抗滑性能均表現(xiàn)出溫和下降的趨勢。從原材料性質看，摻巖瀝青的改性乳化瀝青其殘留物的針入度越小，則其混合料抗滑性能就越好，由此可以判斷微表處混合料中摻加巖瀝青對其微表處摩擦系數的影響不大，即摻加巖瀝青不能顯著改善微表處混合料的抗滑性能。

混合料中摻加不同類型的外摻劑，其抗滑性能也有一定差別。通過對微表處混合料的擺值(BPN)進行測量統(tǒng)計，可以看出，采用環(huán)氧樹脂的混合料其抗滑性損失均明顯小于采用巖瀝青乳的混合料。由此可知，采用環(huán)氧樹脂改性劑的混合料其抗滑性能更強[9]。

3.2.2微表處混合料的構造深度測量結果

路面表面構造深度是評價路面抗滑性能的另一重要指標，本試驗對對各種微表處混合料構造深度測試結果如圖4所示。

圖4　抗滑性能(構造深度)變化

由圖4可以看出，從加載次數看，從0到5 000次加載過程中，微表處混合料構造深度顯著下降，5 000次后構造深度趨于平穩(wěn)，這個變化趨勢與添加巖瀝青和添加的巖瀝青含量幾乎無關。數據變化趨勢表明，微表處材料在輪胎作用下首先發(fā)生壓實、壓密，該過程中對應于荷載作用次數小于5 000次構造深度發(fā)生變化，在混合料密度達到某一穩(wěn)定值后，構造深度下降趨于平緩，而構造深度可反映摻加不同摻量乳化瀝青和摻環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料之間的差異。隨著輪胎作用次數增加，所有微表處混合料抗滑性能均表現(xiàn)出下降趨勢，到達一定次數后就趨于穩(wěn)定。由此可知，微表處混合料中摻加巖瀝青與否對構造深度的影響不大，即摻加巖瀝青和環(huán)氧樹脂不能顯著改善微表處混合料的抗滑性能。

3.3不同摻量巖瀝青改性乳化瀝青對微表處抗剝落性能的影響

試驗過程中，微表處混合料受輪胎壓力、摩擦力以及離心力3者的合力作用，會發(fā)生材料剝落。試驗時，對各個試件在不同荷載作用次數后的質量損失進行了測量，以觀察其抗剝落性能的變化。這種試驗方法可評價不同改性瀝青微表處混合料的抗剝落性能。本次試驗測得的混合料質量損失率如圖5所示。

圖5　質量損失率

從圖5可以看出，未摻加巖瀝青的微表處混合料質量損失明顯，摻加巖瀝青的微表處混合料質量損失卻大幅減少，且在加載50 000次后質量損失都不再增加，趨于一個定值，表明摻加巖瀝青的微表處混合料試驗中抗剝落性能有所提高。分析圖5中的數據還可以看出，巖瀝青摻量為2%左右的微表處混合料其抗剝落性能最佳，且摻加環(huán)氧樹脂的改性乳化瀝青微表處混合料在試驗過程中其剝落質量最大；而未摻加和摻加4%的巖瀝青改性乳化瀝青微表處混合料其剝落質量相對較小。對于抗剝落性能來說，摻加越軟的瀝青則混合料抗剝落性能就較好。這是由于越硬的瀝青其剪切剛度(模量)就越大，對應的剪應力也就越大，在相同荷載作用下，其更容易產生剪切破壞并剝落。

4試驗結論

通過上述分析得出以下結論。

1) 摻入巖瀝青可以降低乳化瀝青的針入度，且?guī)r瀝青外摻量越大，改性乳化瀝青針入度降低就越明顯。

2) 巖瀝青摻量為2%左右的微表處混合料其抗剝落性能最佳，而摻環(huán)氧樹脂的改性乳化瀝青微表處混合料在試驗過程中其剝落質量最大。

3) 微表處材料在10 000次輪胎作用下且混合料密度達到某一穩(wěn)定值后，擺值(BPN)與構造深度的下降趨于平緩，用摻加巖瀝青或摻加環(huán)氧樹脂的乳化瀝青制備的微表處混合料其擺值有明顯改善，由此可知，摻加入巖瀝青對微表處混合料的抗滑性能有明顯影響[10]。

參 考 文 獻

[1]彭煜，藺習雄，楊克紅，等.微表處混合料可拌和時間的影響因素分析[J].石油瀝青，2007(3)：14-18.

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[10]雷超旭.路面表面功能加速加載系統(tǒng)研究[D].廣州：華南理工大學，2010．

Experimental Research on Road Performance of Mixture at Micro Surface of Rock Asphalt Modified Asphalt

ZHANG Shuchun1, DAI Kao2

Abstract:Rock asphalt is a natural asphalt modifier with the characteristic of improving the road performance of asphalt mixture. With the "tire-driven acceleration loading test system of pavement functions" as the test platform, this paper carries out the indoor acceleration loading test for the mixture at micro-surfacing of modified emulsified asphalt with different contents of rock asphalt. By simulating the features of actual roads, the paper studies the change rules of skid resistance of the mixture at micro surface and quantitatively evaluates the influences of the contents of rock asphalt on its road performance. The results of research are significantly important for promoting application and development of micro surface technologies.

Keywords:rock asphalt; modified emulsified asphalt; micro surface; acceleration loading test; road performance

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.011

基金項目：國家自然科學基金項目(51278203)

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：張樹春(1987-)，男，江西省贛州市人，碩士，助工。

文章編號：1009-6477(2016)03-0043-05中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A