唐金明

(駐馬店市公路工程開發(fā)有限公司，河南 駐馬店 463000)

0 引 言

瀝青路面在長時間的使用之后，必然會因為受各種復雜的環(huán)境影響以及長期負載作用，出現(xiàn)瀝青老化現(xiàn)象，使得路面的使用壽命大大縮短[1-7]。巖瀝青長期受地殼壓擠，與水、空氣長時間接觸，并且與礦物質(zhì)混合，在自然界以石油瀝青的形式存在[11-12]。因長時間受自然環(huán)境的影響，巖瀝青具有極其穩(wěn)定的物理化學性質(zhì)、良好的耐老化能力及較好的溫度敏感性[13-14]。本文在制作巖瀝青改性瀝青混合料時，分別加入4%、8%和12%巖瀝青，然后依次對混合料進行短時間熱氧老化試驗和紫外老化試驗，研究在這2種情況下混合料的性能變化。

1 瀝青及瀝青混合料的配合比設(shè)計

1.1 瀝青

本文采用韓國SK90#基質(zhì)瀝青和北美巖瀝青，其性能試驗結(jié)果見表1、2，將試驗結(jié)果與國家規(guī)定的瀝青路面施工標準進行比較，可知結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表1 韓國SK90#道路基質(zhì)瀝青性能試驗結(jié)果

表2 北美巖瀝青性能試驗結(jié)果

1.2 巖瀝青改性瀝青的制備

將90#基質(zhì)瀝青加熱到150 ℃，巖瀝青在恒溫170 ℃加熱至熔融狀態(tài)后，按4%、8%和12%的摻配比分別加入到基質(zhì)瀝青中并剪切，剪切過程中恒溫175 ℃，剪切速率為4 000 r·min-1，剪切時間45 min。之后，采用玻璃棒手動剪切15 min，使得巖瀝青與基質(zhì)瀝青充分混合。最后，將改性瀝青置于175 ℃的恒溫環(huán)境中靜置15 min，使部分礦物顆粒及粉末自然沉淀，制得巖瀝青改性瀝青。

1.3 瀝青混合料配合比設(shè)計

本文選用AC-13型密級配混凝土作為混合料的主要成分，其級配如表3所示。通過馬歇爾設(shè)計法得出基質(zhì)瀝青混合料的最佳油石比為4.8%，并得到相應(yīng)的技術(shù)指標數(shù)據(jù)，見表4，可知各項參數(shù)均滿足標準要求。為研究在不同巖瀝青摻量下瀝青混合料的性能參數(shù)，統(tǒng)一取油石比為4.8%，進而展開性能試驗。

表3 AC-13合成級配

表4 90#基質(zhì)瀝青混合料最佳油石比對應(yīng)的馬歇爾體積參數(shù)

2 老化前后瀝青混合料單軸壓縮模量試驗

2.1 熱氧老化對單軸壓縮彈性模量的影響

在對瀝青的熱氧化性進行試驗時，依照中國現(xiàn)有標準，采用瀝青加速老化試驗方法將混合料均勻混合，確保松鋪系數(shù)為21～22 kg·m-2，然后將混合料在135 ℃±3 ℃的烘箱中烘烤4 h±5 min。在這個過程中，必須確保流暢的通風環(huán)境，并且不斷對混合料進行間斷式攪拌，每次相隔1 h。

利用MTS-810萬能材料試驗機對100 mm×100 mm的圓柱形試件進行試驗，保持20 ℃溫度不變。為了確保瀝青不出現(xiàn)反彈情況，在試驗過程中必須確保對靜壓打入的試模進行2 min的穩(wěn)壓。對不同巖瀝青摻量的混合料進行熱氧化試驗，結(jié)果如圖1、2所示。

圖1 熱氧老化前后巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度試驗結(jié)果

圖2 熱氧老化前后巖瀝青改性瀝青混合料的單軸壓縮彈性模量試驗結(jié)果

由圖1、2可知，老化前后巖瀝青摻量為4%、8%和12%的瀝青混合料的抗壓強度分別提高8.3%、14.5%和18.3%，單軸壓縮彈性模量分別增大9.0%、14.9%和18.9%。這表明摻入巖瀝青能夠使混合料的剛度增加，進而提高混合料的單軸壓縮彈性模量和抗壓強度。

熱氧老化后，基質(zhì)瀝青混合料和巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量均有所增大。這主要是由于，熱氧老化過程中，瀝青吸氧后含氧極性官能團含量提高，瀝青膠結(jié)料脆化、硬化。相對于熱氧老化前，基質(zhì)瀝青混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量分別增加了13.5%和15.4%；當巖瀝青摻量為4%、8%和12%時，熱氧老化后改性瀝青混合料的抗壓強度分別增加11.4%、8.1%和5.9%，單軸壓縮彈性模量分別增加13.6%、10.3%和8.2%。這說明巖瀝青摻量的增加能夠確?；旌狭暇哂休^強的抗熱氧化和抗硬化性能，并且摻量越大，混合料性能改變越大。

2.2 紫外老化對單軸壓縮彈性模量影響

將經(jīng)過短期老化處理后松散的瀝青混合料放置于紫外老化箱中，紫外輻射強度選取2 000 μW·m-2，試驗溫度為60 ℃，老化時間為7 d，并每隔24 h翻動一次瀝青混合料。紫外老化前后，不同巖瀝青摻量下混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量試驗結(jié)果見圖3、4。

圖3 紫外老化前后巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度試驗結(jié)果

圖4 紫外老化前后巖瀝青改性瀝青混合料的單軸壓縮彈性模量試驗結(jié)果

由圖3、4可知，熱氧老化和紫外老化后，基質(zhì)瀝青混合料及4%、8%和12%巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度分別增大34.6%、21.4%、14.3%和9.8%，單軸壓縮彈性模量分別增加41.3%、28.1%、19.2%和11.6%。這表明摻入巖瀝青能夠使混合料具有較強的抗紫外性，延緩瀝青硬化，而且混合料中巖瀝青含量越大，其抗紫外老化性能也越好。但是，相對于基質(zhì)瀝青，巖瀝青混合料受到紫外光照射時抗壓強度和單軸壓縮彈性模量的增大幅度較小。

3 實體工程瀝青老化性能分析

某高速公路為雙向四車道，路基寬度為28 m，設(shè)計時速為120 km·h-1。根據(jù)相關(guān)資料，15年內(nèi)一個車道上的累計當量軸次為1.76×107次，設(shè)計彎沉值Ld=21.3(0.01 mm)。于右幅起點處鋪筑了200 m巖瀝青改性瀝青試驗路，選取巖瀝青摻量為8%的改性瀝青混合料作為上面層。試驗路段的路面結(jié)構(gòu)見表5。

表5 巖瀝青改性瀝青試驗路面結(jié)構(gòu)

施工過程中，在攤鋪機上對混合料取樣，回收瀝青混合料中的瀝青，待三氯乙烯溶劑充分揮發(fā)后，采用紅外光譜對經(jīng)瀝青拌合站拌合后(短期老化后)瀝青的特征官能團進行半定量分析，結(jié)果見表6。各結(jié)構(gòu)層竣工驗收彎沉值見表7。

由表6可知，同室內(nèi)模擬短期熱氧老化試驗結(jié) 果類似，經(jīng)瀝青拌合站拌合后2種瀝青的羰基官能團指數(shù)IC和亞砜基官能團指數(shù)IS均有所增大；相比而言，摻8%巖瀝青的改性瀝青IC的變化量小于90#基質(zhì)瀝青，摻8%巖瀝青的改性瀝青IS的變化量小于90#基質(zhì)瀝青；90#基質(zhì)瀝青的老化程度最高，摻8%巖瀝青的改性瀝青次之。這表明巖瀝青能提高90#基質(zhì)瀝青的抗熱氧老化性能。

表6 回收瀝青的紅外光譜分析

表7 各結(jié)構(gòu)層竣工驗收彎沉值

由表7可知，路面結(jié)構(gòu)竣工驗收彎沉值不大于設(shè)計彎沉值的要求，表明巖瀝青改性瀝青混合料承載能力能夠滿足路面結(jié)構(gòu)承載力要求，且相比于90#基質(zhì)瀝青結(jié)構(gòu)層，8%巖瀝青改性瀝青混合料具有更好的承載能力，此趨勢同瀝青混合料單軸壓縮彈性模量的結(jié)果一致。

4 結(jié) 語

(1)巖瀝青能夠提高基質(zhì)瀝青混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量，且隨著巖瀝青摻量的增大，提高幅度進一步增大。

(2)熱氧老化和紫外老化后，基質(zhì)瀝青混合料和巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量均增大，巖瀝青改性瀝青混合料的抗壓強度和單軸壓縮彈性模量的增長幅度均小于基質(zhì)瀝青混合料，說明巖瀝青能夠有效緩解熱氧老化和紫外老化過程中瀝青混合料的硬化。

(3)巖瀝青能夠提高瀝青混合料的抗熱氧老化和抗紫外老化性能，且隨著巖瀝青摻量的增大，瀝青混合料的抗熱氧老化和抗紫外老化性能進一步提高。