陳 濤

（山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司 晉中分公司，山西 晉中 030600）

0 引言

近年來(lái)，全球變暖日趨嚴(yán)重的交通重載化對(duì)瀝青路面提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。硬質(zhì)瀝青作為一種剛度高、抗車(chē)轍能力強(qiáng)的路面材料逐漸引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。其最早出現(xiàn)于法國(guó)，并在歐洲應(yīng)用廣泛[1]。法國(guó)將硬質(zhì)瀝青主要用于高模量混凝土的開(kāi)發(fā)，以提高混合料模量、抗疲勞性和抗車(chē)轍能力[2]。英國(guó)主要將硬質(zhì)瀝青用于長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[3]。芬蘭主要將硬質(zhì)瀝青用于道路基層和上面層，以分別解決不均勻路基對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響和提高面層抵抗車(chē)轍能力[4]。硬質(zhì)瀝青在歐洲的應(yīng)用證實(shí)其可對(duì)瀝青及混合料性能有所提升[5-7]，將硬質(zhì)瀝青或高模量外摻劑用于道路鋪筑是發(fā)展趨勢(shì)之一[8]。

由于瀝青是一種成分復(fù)雜的無(wú)定型高分子化合物，許多改性劑與其存在相容性差的缺點(diǎn)。鑒于硬質(zhì)瀝青的成分、結(jié)構(gòu)與基質(zhì)瀝青相似度高、相容性好，若將其以外摻改性劑的形式加入到瀝青及混合料中，不僅可減少瀝青用量并可改善路用性能。為考察硬質(zhì)瀝青對(duì)基質(zhì)瀝青性能的作用規(guī)律，筆者將硬質(zhì)瀝青以不同比例分別加入到基質(zhì)瀝青中制備出復(fù)合瀝青，對(duì)復(fù)合瀝青及混合料性能進(jìn)行考察，以期得到硬質(zhì)瀝青較佳摻量及影響規(guī)律，為實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青為殼牌90號(hào)，硬質(zhì)瀝青源于澤浩橡膠化工公司，硬質(zhì)瀝青的性能指標(biāo)為：25℃針入度 15.4×0.1 mm，軟化點(diǎn) 102.5℃，15℃延度5.8 cm。集料為石灰?guī)r，粗集料性質(zhì)見(jiàn)表1，細(xì)集料性質(zhì)見(jiàn)表2。

表1 粗集料主要性質(zhì)

表2 細(xì)集料主要性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)工藝

稱取一定量基質(zhì)瀝青將其加熱為流動(dòng)狀態(tài)，而后向其內(nèi)分別加入8%、16%、24%、32%和40%基質(zhì)瀝青重量的硬質(zhì)瀝青，混合均勻后制備出不同硬質(zhì)瀝青摻量的復(fù)合瀝青，對(duì)上述復(fù)合瀝青進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)。黏度測(cè)試儀器為Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 硬質(zhì)瀝青摻量對(duì)復(fù)合瀝青性能影響

不同硬質(zhì)瀝青摻量的復(fù)合瀝青三大指標(biāo)情況見(jiàn)表3。整體而言，隨硬質(zhì)瀝青摻量增加，基質(zhì)瀝青的高溫性能得到增強(qiáng)，感溫性能得到鈍化，低溫性能逐漸減弱，這與硬質(zhì)瀝青自身高溫性能優(yōu)異，低溫性能不佳有關(guān)。硬質(zhì)瀝青的加入對(duì)延度指標(biāo)的影響更為顯著，當(dāng)摻加16%時(shí)延度下降顯著，16%與24%硬質(zhì)瀝青摻量對(duì)瀝青性能的影響差異不大，32%摻量下延度指標(biāo)只能滿足30號(hào)瀝青規(guī)范要求。延度指標(biāo)主要用以反映瀝青的塑性變形能力，其能否用于評(píng)價(jià)材料低溫性能爭(zhēng)議頗多。為更體現(xiàn)實(shí)際，將對(duì)不同硬質(zhì)瀝青摻量的復(fù)合瀝青進(jìn)行混合料性能檢測(cè)。

表3 復(fù)合瀝青的三大指標(biāo)

為考察硬質(zhì)瀝青的加入對(duì)瀝青黏度的影響，對(duì)制備的復(fù)合瀝青進(jìn)行不同溫度范圍內(nèi)的黏度測(cè)試。表4為復(fù)合瀝青黏度與施工溫度。布氏黏度的結(jié)果顯示，整體上復(fù)合瀝青的黏度隨硬質(zhì)瀝青摻量的增加呈上升趨勢(shì)，這與其能夠提升高溫性能的結(jié)論一致。115℃～135℃區(qū)間內(nèi)瀝青黏度呈直線下降，這說(shuō)明此范圍內(nèi)存在瀝青的黏彈性轉(zhuǎn)變。溫度越高瀝青愈呈現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)，使得高溫下硬質(zhì)瀝青摻量對(duì)復(fù)合瀝青的黏度影響不顯著。由黏溫曲線可得，整體上硬質(zhì)瀝青的加入提高了復(fù)合瀝青的施工溫度。

表4 復(fù)合瀝青的黏度與施工溫度

圖1 不同硬質(zhì)瀝青摻量黏溫曲線

2.2 硬質(zhì)瀝青摻量對(duì)復(fù)合瀝青混合料性能影響

通常瀝青混合料性能的優(yōu)劣更能反映工程實(shí)際情況，為此研究中選取AC-20級(jí)配對(duì)0～40%硬質(zhì)瀝青摻量下的復(fù)合瀝青混合料性能進(jìn)行檢測(cè)。級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。0～40%硬質(zhì)瀝青摻量下瀝青混合料的最佳油石比最終確定為4.2%、4.3%、4.3%、4.4%、4.4%和4.5%。

圖2 級(jí)配曲線

圖3為混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖。由圖可見(jiàn)，硬質(zhì)瀝青的加入對(duì)復(fù)合瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度影響顯著，混合料抵抗高溫變形能力隨硬質(zhì)瀝青摻量的增多而增強(qiáng)。硬質(zhì)瀝青自身重質(zhì)組分多、體系黏度高的特性有利于抵抗形變，它的出現(xiàn)可提高瀝青模量，摻量越多，混合料抵抗高溫變形能力越強(qiáng)。當(dāng)摻量達(dá)到32%以上時(shí)，硬質(zhì)瀝青對(duì)混合料高溫性能的改善效果堪比SBS改性瀝青，且與其他改性劑相比，硬質(zhì)瀝青更易與基質(zhì)瀝青混溶，由此避免了常規(guī)改性劑與瀝青間易出現(xiàn)離析及穩(wěn)定性差的缺陷。

圖3 動(dòng)穩(wěn)定度隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖

圖4為混合料破壞應(yīng)變隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖。與圖3不同，硬質(zhì)瀝青對(duì)于混合料低溫性能的改善存在最佳摻量?？傮w而言，混合料破壞應(yīng)變隨硬質(zhì)瀝青摻量的增多先升高而后降低。瀝青材料抵抗低溫破壞時(shí)與其自身彈性和黏聚力有關(guān)。雖然硬質(zhì)瀝青低溫彈性不佳，但其自身黏聚性好，為此低溫時(shí)亦需付出較多能量才能將其破壞，由此導(dǎo)致?lián)搅坎淮髸r(shí)，硬質(zhì)瀝青的加入可增強(qiáng)混合料低溫性能。但當(dāng)摻量過(guò)多時(shí)，硬質(zhì)瀝青降低瀝青材料彈性的特點(diǎn)開(kāi)始占主導(dǎo)，導(dǎo)致低溫性能開(kāi)始下降。由此使得硬質(zhì)瀝青可在一定范圍內(nèi)改善混合料的低溫性能。

圖4 破壞應(yīng)變隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖

圖5為混合料凍融劈裂強(qiáng)度比隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖。通常而言，集料屬性、瀝青材料、瀝青與石料間作用及混合料的空隙率等因素均會(huì)對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響。硬質(zhì)瀝青的加入可以提升體系的黏度，強(qiáng)化潤(rùn)濕趨勢(shì)，增強(qiáng)與集料間的黏附力，提高抗剝落能力，這有利于改善瀝青與石料間的裹覆，由此使得在一定范圍下混合料水穩(wěn)定性能隨摻量增加而提高。與低溫性能相同，這種改善存在最優(yōu)值，原因在于黏度大的瀝青在溫度低的情況下潤(rùn)濕速度會(huì)急速下降，不利于改善黏附效果，從而導(dǎo)致水穩(wěn)定性開(kāi)始下降[9]。

圖5 凍融劈裂強(qiáng)度比隨硬質(zhì)瀝青摻量關(guān)系圖

3 結(jié)論

a）硬質(zhì)瀝青能夠以外摻改性劑的形式對(duì)瀝青性能進(jìn)行提升，隨摻加量增多，復(fù)合后的瀝青軟化點(diǎn)升高，延度下降，感溫性降低，相同溫度下體系的黏度增加，導(dǎo)致由黏溫曲線和黏度要求確定的施工溫度逐漸升高。

b）硬質(zhì)瀝青自身重質(zhì)組分多、模量高、黏度高的特性有利于抵抗形變。因此摻量越多，混合料高溫性能越好。動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果顯示，研究摻量范圍內(nèi)的動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果均可滿足規(guī)范對(duì)改性瀝青混合料的要求。

c）硬質(zhì)瀝青自身黏聚性好，可在一定摻量下增強(qiáng)混合料低溫性能，但摻量過(guò)高時(shí)，硬質(zhì)瀝青降低材料彈性的特點(diǎn)開(kāi)始占主導(dǎo)，致使低溫性能下降。因此32%摻量下混合料低溫性能最佳。

d）硬質(zhì)瀝青高黏的特點(diǎn)提升了瀝青與集料間的黏附力，使得混合料抵抗水損害的能力得以增強(qiáng)。但增黏對(duì)水穩(wěn)定性能的改善有限，原因在于黏度大的瀝青在溫度低的情況下潤(rùn)濕速度會(huì)急速下降，不利于改善黏附效果，使得水分易于浸入導(dǎo)致水穩(wěn)定性下降。

e）混合料試驗(yàn)結(jié)果表明，研究范圍內(nèi)，硬質(zhì)瀝青摻量為32%時(shí)混合料性能最佳。