丁 彬，蔣龍松

(蘇交科集團(tuán)有限公司,南京 211112)

工業(yè)廢舊資源中的磷酸鹽礦物在生產(chǎn)過(guò)程中，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品廢礦，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。而將這種工業(yè)副產(chǎn)品改性形成的有機(jī)改性礦物(簡(jiǎn)稱AMBS)應(yīng)用于斷級(jí)配SMA瀝青混合料后，通過(guò)合適的混合料設(shè)計(jì)，可以提高瀝青混合料高溫抗車轍、抗水損害、抗疲勞開裂等性能，技術(shù)上具有良好的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)可替代10%～15%瀝青用量摻入瀝青膠結(jié)料中，節(jié)約工程初期造價(jià)投入，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值[1]。

本文依托某沿海高等級(jí)公路，對(duì)有機(jī)改性活性礦物SMA型瀝青混合料的路用性能進(jìn)行研究，分析其在斷級(jí)配SMA瀝青混合料中的適應(yīng)性?；贏MBS現(xiàn)場(chǎng)添加情況，對(duì)比摻加木質(zhì)素纖維的SMA瀝青混合料，選擇10%和15%的AMBS摻入瀝青混合料中，對(duì)比三組不同瀝青混合料路用性能，驗(yàn)證其在斷級(jí)配瀝青混合料中的可行性。其中AMBS摻量比例為占總瀝青用量的比重，類型A和B分別摻加占瀝青用量15%和10%的有機(jī)改性活性礦物，類型C為摻加0.3%的木質(zhì)素纖維改性瀝青SMA13[2-4]。

1 抗水損害性能試驗(yàn)分析

為了檢驗(yàn)摻加AMBS后瀝青混合料受水損害時(shí)抗剝落的能力，本文將按標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型的馬歇爾試件放入60℃的恒溫水槽中，分別保溫0.5小時(shí)和48小時(shí)后，用馬歇爾自動(dòng)穩(wěn)定度儀測(cè)試浸水后的馬歇爾穩(wěn)定度和流值[5]，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1中可知，三種混合料殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求(≥85%)，且摻加了有機(jī)改性活性礦物的混合料比常規(guī)SMA混合料具有更高的穩(wěn)定度和流值，后者尤為突出。在殘留穩(wěn)定度中，類型A的SMA混合料(摻量15%)性能最優(yōu)，因?yàn)槠浞€(wěn)定度和流值在條件和非條件環(huán)境下均優(yōu)于類型B的SMA(摻量10%)和常規(guī)SMA。

表1 三種混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)

2 凍融劈裂試驗(yàn)性能分析

三種瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果表明摻加有機(jī)改性活性礦物的SMA凍融劈裂結(jié)果有所降低，但仍滿足規(guī)范要求。隨著AMBS摻量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂值逐漸增加，類型A(摻量15%)凍融劈裂值比類型B(摻量10%)增加了6.69%。

表2 三種混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于斷級(jí)配SMA瀝青混合料而言，有機(jī)改性活性礦物的摻入一定程度上影響其凍融劈裂性能。原因是斷級(jí)配SMA瀝青混合料采用SBS改性瀝青，與SBS改性劑充分反應(yīng)再摻入AMBS后，其作用效果有所下降。斷級(jí)配SMA的設(shè)計(jì)級(jí)配中礦粉摻量較大，隨著有機(jī)改性活性礦粉的摻加，瀝青混合料中的礦粉含量增大，會(huì)對(duì)凍融破裂結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，對(duì)于斷級(jí)配SMA，需選擇恰當(dāng)?shù)挠袡C(jī)改性活性礦粉摻量，并進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證試驗(yàn)，使瀝青混合料的凍融劈裂結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

3 低溫抗開裂性能試驗(yàn)分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證AMBS對(duì)斷級(jí)配SMA型瀝青混合料的低溫性能的影響，本文對(duì)AMBS不同摻量的三種類型混合料進(jìn)行了低溫小梁試驗(yàn)(如表3所示)，分析其對(duì)混合料低溫性能的作用。

表3 三種混合料低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

在低溫小梁彎曲試驗(yàn)中，摻有有機(jī)改性活性礦物的SMA破壞應(yīng)變高于常規(guī)SMA，且類型A(摻量15%)的低溫開裂性能比類型B(摻量10%)高3.5%。隨著有機(jī)改性活性礦物摻量的增加，瀝青混合料的低溫性能提高[6]。

4 高溫性能試驗(yàn)分析

通常情況下，采用車轍試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，本文對(duì)三種類型的混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 三種混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

從車轍試驗(yàn)結(jié)果可知，三種混合料穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求(≥3 000次)，且摻加有機(jī)改性活性礦物的SMA瀝青混合料與常規(guī)SMA性能相似，類型A比常規(guī)SMA動(dòng)穩(wěn)定度約低10%，類型B比常規(guī)SMA動(dòng)穩(wěn)定度約高10%。

因此，摻加有機(jī)改性活性礦物對(duì)間斷級(jí)配SMA混合料有一定的影響，隨著摻量的增加，混合料的穩(wěn)定度先增加后降低，選擇恰當(dāng)?shù)挠袡C(jī)改性活性礦物摻量對(duì)提高混合料高溫性能至關(guān)重要[7]。

5 抗疲勞性能試驗(yàn)分析

疲勞性能試驗(yàn)溫度為15 ℃，加載頻率為 10 Hz，加載波形采用正弦波。疲勞試驗(yàn)控制應(yīng)變從波峰到波谷為1 200 με至600 με。當(dāng)試件模量降低到初始模量的50%時(shí)則停止試驗(yàn)；如果單個(gè)試件初始模量與平均值的據(jù)對(duì)差超過(guò)平均值的20%，則舍棄該試件。如圖2所示，為抗疲勞性能試驗(yàn)[8]。

圖2 600 με時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)疲勞應(yīng)變?yōu)?00 με時(shí)，摻10%的有機(jī)改性活性礦物的SMA疲勞壽命比其他兩種大8～9倍；但是，摻15%有機(jī)改性活性礦物的SMA與常規(guī)SMA疲勞壽命相近。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了摻纖維SMA混合料中的部分瀝青膠結(jié)料被纖維吸收，對(duì)混合料的疲勞性能沒(méi)有作用，摻15% SMA混合料與普通纖維SMA疲勞壽命相似但減少木質(zhì)素纖維的利用。

摻加有機(jī)改性活性礦物能替代木質(zhì)素纖維降低生產(chǎn)成本，節(jié)約工程造價(jià)，且由于路用性能的提高，節(jié)約后期養(yǎng)護(hù)成本[9-10]。

6 結(jié)論

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分析有機(jī)改性礦物對(duì)SMA瀝青膠結(jié)料的改性作用，并進(jìn)行斷級(jí)配瀝青混合料路用性能驗(yàn)證，主要結(jié)論如下。

(1) 摻加了有機(jī)改性活性礦物的混合料比常規(guī)SMA混合料具有更高的穩(wěn)定度和流值，在流值上表現(xiàn)尤為突出；隨著AMBS摻量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂值逐漸增加，瀝青混合料的低溫性能提高；隨著摻量的增加，混合料的穩(wěn)定度先增加后降低，因此應(yīng)選擇合適的有機(jī)改性活性礦物摻量對(duì)提高混合料高溫性能至關(guān)重要；

(2) 在低應(yīng)變條件下，摻10%有機(jī)改性活性礦物 SMA比其他兩種類型混合料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗疲勞性能。摻10%有機(jī)改性活性礦物瀝青混合料在相同瀝青用量下比普通纖維SMA疲勞壽命高出約9倍。摻15%有機(jī)改性活性礦物 SMA混合料與普通纖維SMA疲勞壽命相似但減少了木質(zhì)素纖維的利用，從而降低了成本；

(3) 在相同油石比的條件下，通過(guò)采用有機(jī)改性活性礦物代替木質(zhì)素纖維減少瀝青用量，SMA混合料能提高抗車轍性能，同時(shí)不減弱疲勞壽命，節(jié)約了工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)成本。