張宏武

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

瀝青路面在使用過程中受到溫度、空氣、水分等自然因素和交通荷載等社會因素的共同作用，瀝青混合料逐漸老化，導(dǎo)致瀝青路面路用性能和壽命逐步降低和衰減，為此，研究老化后瀝青混合料的性能對瀝青路面的使用具有重要指導(dǎo)意義?，F(xiàn)行規(guī)范公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（JTG E20—2011）采用135℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱加熱4 h模擬瀝青混合料短期老化過程，實際上SBS改性瀝青混合料的生產(chǎn)施工溫度一般比基質(zhì)瀝青混合料的溫度高20℃～30℃（且改性瀝青混合料可以在保溫性能良好的成品儲料倉儲存24 h），對SBS改性瀝青老化也采用普通瀝青的老化試驗條件不符合實際生產(chǎn)條件。因此，本研究采用135℃、150℃、165℃溫度和老化4 h、8 h、12 h的條件，分析老化溫度、老化時間對3種級配類型SBS改性瀝青混合料（AC-13、AC-16、AC-20）的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性路用性能的影響，研究SBS改性瀝青混合料路用性能的老化規(guī)律，分析適宜SBS改性瀝青混合料的短期老化試驗條件及其評價方法。

1 混合料配合比

SBS改性瀝青（SBS摻量4.5%）滿足1-D技術(shù)要求，集料為石灰?guī)r加工，填料為石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果見表1和表2所示。

表1 SBS改性瀝青混合料礦料級配 %

表2 混合料配合比馬歇爾試驗結(jié)果

2 瀝青混合料短期老化試驗條件

將SBS改性瀝青混合料老化試驗溫度定為135℃、150℃和165℃，老化時間確定為0 h、4 h、8 h、12 h。試驗步驟：將拌好的SBS改性瀝青混合料均勻攤鋪在搪瓷盤中，松鋪厚度約21～22 kg/m2，放入規(guī)定溫度的烘箱中在強(qiáng)制通風(fēng)條件下加熱，每小時翻拌混合料一次，加熱到設(shè)定的老化時間后，從烘箱中取出混合料成型試件進(jìn)行路用性能試驗，具體參考《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ E20—2011）。

3 瀝青混合料抗老化性能

3.1 高溫性能

依據(jù)選定的老化試驗條件對混合料進(jìn)行老化后的SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗結(jié)果分析見圖1和表3。

圖1 SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度與老化時間的關(guān)系

表3 SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度（次/mm）與老化時間（h）的關(guān)系

由試驗結(jié)果及圖1和表3可以看出：

a）改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度隨著老化程度的加劇不斷提高。在定溫下，動穩(wěn)定度基本隨老化時間呈線型增長。

b）當(dāng)老化溫度為135℃時，AC-13瀝青混合料的動穩(wěn)定度增長率明顯小于AC-16和AC-20瀝青混合料，AC-16和AC-20混合料的動穩(wěn)定度增長趨勢比較接近；當(dāng)老化溫度提高至150℃～165℃時，3種級配瀝青混合料動穩(wěn)定度的增長曲線大致（擬合斜率基本一致）平行，說明該老化溫度下隨著老化時間的增長不同級配混合料的老化程度比較接近，即進(jìn)行室內(nèi)老化模擬試驗時150℃～165℃的老化溫度相比135℃更適合SBS改性瀝青。

c）SBS改性瀝青混合料要達(dá)到相同的老化程度，可采取提高老化溫度或延長老化時間兩種途徑實現(xiàn)，即在135℃溫度下老化12 h的動穩(wěn)定度與165℃下老化4 h的動穩(wěn)定度大致相等；在150℃溫度下老化8 h的動穩(wěn)定度與165℃下老化4 h的動穩(wěn)定度大致相等。

3.2 低溫性能

本研究采用-10℃低溫彎曲試驗，分析在老化溫度135℃、150℃、165℃和老化時間4 h、8 h、12 h后對3種級配SBS改性瀝青混合料瀝青混合料的低溫性能變化。

依據(jù)表4試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

a）瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度、勁度模量隨著老化時間延長或老化溫度的提高呈逐漸增長趨勢，而彎拉應(yīng)變則呈逐漸下降趨勢。但是不同老化溫度下彎拉強(qiáng)度的增長規(guī)律又有所差別，老化溫度為135℃時彎拉強(qiáng)度隨老化時間延長而迅速增長，老化溫度為150℃時彎拉強(qiáng)度的增長速率次之，老化溫度為165℃時彎拉強(qiáng)度隨老化時間延長增長較慢，甚至出現(xiàn)彎拉強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。

b）老化時間相同時，彎拉應(yīng)變與老化溫度有很好的相關(guān)性，彎拉應(yīng)變隨老化溫度的變化規(guī)律為με135℃＞με150℃＞με165℃，με165℃為 με135℃的 60%～80%，με150℃為 με135℃的 70%～90%。

c）從混合料級配對老化后瀝青混合料彎拉勁度模量的影響來看，相同老化條件下AC-13與AC-16混合料的勁度模量比較接近，而AC-20混合料的勁度模量則明顯高于其他兩種混合料。造成此種現(xiàn)象的原因主要是AC-20混合料相比其他兩種混合料礦料級配較粗、瀝青膜相對較薄，在相同老化條件下其瀝青膠結(jié)料老化較為嚴(yán)重，即彎拉勁度模量偏高。

為進(jìn)一步分析SBS改性混合料低溫抗裂性老化后的變化程度，計算不同老化程度下混合料彎拉強(qiáng)度比、彎拉應(yīng)變比與勁度模量比，結(jié)果見圖2。

表4 -10℃低溫彎曲試驗結(jié)果表

圖2 彎拉強(qiáng)度比、彎拉應(yīng)變比與勁度模量比隨老化時間的變化曲線

從圖2彎拉強(qiáng)度比、彎拉應(yīng)變比與勁度模量比隨老化時間的變化曲線可知：

a）相同老化溫度下不同級配混合料的彎拉強(qiáng)度比增長曲線差異較小，而不同老化溫度下相同級配混合料的彎拉強(qiáng)度比增長曲線存在明顯差異。

b）彎拉應(yīng)變比隨老化時間的變化大致呈線性關(guān)系降低，且隨著老化溫度升高，彎拉應(yīng)變比減小速率迅速增大，165℃老化12 h后改性瀝青混合料的彎拉應(yīng)變衰減為新拌混合料的40%～50%，低溫抗裂性能明顯變差。165℃老化4 h彎拉應(yīng)變比的衰減量與150℃老化8 h的衰減量大致相等，165℃老化4 h彎拉應(yīng)變比的衰減量甚至大于135℃老化4 h的衰減量。

c）老化溫度、混合料級配、老化時間等對勁度模量比的影響呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，且均與彎拉應(yīng)變比的變化規(guī)律相反。這主要是因為在老化過程中彎拉強(qiáng)度變化幅度較小，而彎拉應(yīng)變對混合料老化非常敏感，衰減幅度非常顯著，勁度模量是彎拉強(qiáng)度與彎拉應(yīng)變的比值，自然呈現(xiàn)出與彎拉應(yīng)變相反的規(guī)律。

由此可知，經(jīng)過老化試驗，瀝青混合料脆性增加，低溫抗裂性能降低。各種指標(biāo)在瀝青混合料老化前后的變化范圍反映了其對老化的敏感性，3種評價指標(biāo)的變化范圍排序為勁度模量比大于彎拉應(yīng)變比大于彎拉強(qiáng)度比，說明勁度模量比對混合料的老化最敏感。

3.3 水穩(wěn)定性

3.3.1 殘留穩(wěn)定度

本研究采用浸水馬歇爾試驗獲得的殘留穩(wěn)定度評價SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見表5。

表5 不同老化程度改性瀝青混合料馬歇爾殘留穩(wěn)定度MS0%

從表5可以看出，隨著老化時間的延長，各種老化溫度下改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度呈先增大后降低的趨勢。整體來看，經(jīng)過老化以后改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定呈減小趨勢，由96%減小至93%左右，區(qū)分度不大，難以區(qū)分水穩(wěn)定性的優(yōu)劣。采用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度評價老化對SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響存在一定的局限性，主要因為浸水馬歇爾試驗比較寬松，浸水馬歇爾試驗中浸水時間較短，SBS改性瀝青水穩(wěn)定普遍較好，并不會導(dǎo)致瀝青中的親水性物質(zhì)與水相溶而發(fā)生馬歇爾殘留穩(wěn)定度明顯衰減。

3.3.2 凍融劈裂試驗

圖3 老化時間與TSR（AC-13、AC-16、AC-20）的關(guān)系

由圖3的曲線可以看出：

a）3種級配改性瀝青混合料的凍融劈裂比TSR隨著老化時間延長呈線性迅速降低，主要因為經(jīng)過老化以后，瀝青結(jié)合料變硬，組分中親水性物質(zhì)增加，混合料勁度提高，在凍融過程中易產(chǎn)生破裂損傷，混合料在進(jìn)行劈裂試驗時更容易受到破壞，造成水穩(wěn)性能降低。

b）從老化溫度對混合料TSR的影響來看，隨著老化溫度升高相同老化時間內(nèi)的凍融劈裂比TSR呈降低趨勢，相同老化時間時凍融劈裂比排序為TSR135℃＞TSR150℃＞TSR165℃；從老化溫度與時間對凍融劈裂比的影響來看，老化溫度為135℃老化12 h凍融劈裂比的衰減量與老化溫度為150℃老化8 h凍融劈裂比的衰減量大致相等，而老化溫度為165℃老化4 h凍融劈裂比的衰減量即達(dá)到該衰減量。

凍融劈裂比擬合曲線的斜率反映了混合料水穩(wěn)定性的衰減速率，可一定程度上反映混合料的老化速率，不同老化溫度下TSR擬合曲線的斜率（TSR衰減速率）見表6。

表6 SBS改性瀝青混合料TSR衰減速率

從表6、圖3可知：

老化溫度對TSR衰減速率的影響非常顯著，AC-16改性瀝青混合料的TSR衰減速率略大于AC-13改性瀝青混合料，但是衰減速率非常接近，區(qū)分度不大。而AC-20改性瀝青混合料的TSR衰減速率明顯高于其他兩種混合料，普遍高出20%～40%左右。因此，凍融劈裂試驗更能有效地評價SBS改性瀝青混合料老化后的水穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

a）延長老化時間，提高老化試驗溫度均可增強(qiáng)SBS改性瀝青混合料的老化程度。進(jìn)行室內(nèi)老化試驗?zāi)M瀝青混合料施工過程短期老化時，150℃、165℃的老化溫度更加適合SBS改性瀝青混合料。

b）瀝青混合料勁度模量作為老化后的綜合力學(xué)性能指標(biāo)，對瀝青混合料老化的敏感性明顯好于彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變指標(biāo)，更適宜作為SBS改性瀝青混合料老化后的低溫力學(xué)性能評價指標(biāo)。

c）殘留穩(wěn)定度比難以區(qū)分SBS改性瀝青混合料老化水穩(wěn)定性的優(yōu)劣，存在一定的局限性。凍融劈裂比TSR對SBS改性瀝青混合料老化比較敏感，可作為評價SBS改性瀝青混合料老化后的水穩(wěn)定性評價指標(biāo)。