郭 林

(浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310000)

隨著國(guó)家的高速發(fā)展，道路的使用次數(shù)與荷載都在與日俱增，在一些發(fā)達(dá)地區(qū)，高等級(jí)公路超載、重載現(xiàn)象頻發(fā)，再加上環(huán)境日益惡劣，致使原設(shè)計(jì)道路無(wú)法滿足交通需求，這種情況下會(huì)使路面出現(xiàn)疲勞破壞，例如路面開(kāi)裂、車轍等危害，極大的影響了道路使用的舒適性和安全性，縮短了道路的使用壽命[1-3]。國(guó)內(nèi)外大量研究及實(shí)驗(yàn)表明，廢舊輪胎橡膠粉是一種廉價(jià)、環(huán)保的改性劑，其具有在瀝青用量較大的情況下防止出現(xiàn)流淌，能夠有效提高瀝青混合料的抗疲勞耐久性的優(yōu)點(diǎn)。已有研究表明硫酸鈣晶須具有高強(qiáng)度、高模量、高韌性、耐高溫等特點(diǎn)，能夠有效增強(qiáng)瀝青混合料的抗疲勞耐久性特點(diǎn)[4-6]?；谙鹉z粉、硫酸鈣晶須對(duì)改性瀝青的優(yōu)點(diǎn)，本文提出將橡膠粉與硫酸鈣晶須進(jìn)行復(fù)配，將瀝青三大指標(biāo)以及瀝青混合料疲勞壽命次數(shù)來(lái)研究其抗疲勞耐久性。

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青

本文瀝青采用70號(hào)基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 改性劑

本文采用的改性劑為硫酸鈣晶須和橡膠粉，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 硫酸鈣晶須和橡膠粉的性能指標(biāo)

1.3 改性瀝青的制備以及三大指標(biāo)試驗(yàn)

本文選用70號(hào)基質(zhì)瀝青作為原材料，見(jiàn)表1。試驗(yàn)中，按照不同實(shí)驗(yàn)組添加不同含量的橡膠粉或者硫酸鈣晶須進(jìn)行攪拌，硫酸鈣晶須和橡膠粉性能指標(biāo)見(jiàn)表2，研究瀝青在添加不同含量的橡膠粉或者硫酸鈣晶須時(shí)的三大指標(biāo)試驗(yàn)，從而得出關(guān)于瀝青抗疲勞的關(guān)系。試驗(yàn)過(guò)程如下：

1)將改性瀝青加熱放入特制容器內(nèi)，將容器置于160 ℃烘箱中不少于1 h，以保證瀝青的流動(dòng)性。2)按照改性瀝青含量設(shè)計(jì)不同組的橡膠粉或者硫酸鈣晶須，并稱量其重量。3)使瀝青溫度保持在150 ℃左右，置于高速攪拌機(jī)下，并將已經(jīng)稱量好的橡膠粉或者硫酸鈣晶須加入不斷進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間不少于20 min，確保攪拌均勻。4)攪拌好之后獲得橡膠粉改性瀝青或者硫酸鈣晶須改性瀝青。研究得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,表4。

表3 不同摻量橡膠粉對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響

表4 不同摻量硫酸鈣晶須對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響

針對(duì)表3，表4繪制折線圖如圖1,圖2所示。

從圖1可以看出延度隨著橡膠粉的摻量增加逐漸升高，在橡膠粉摻量為22%時(shí)為最大，這說(shuō)明橡膠粉的摻入對(duì)瀝青的延度影響較大。從圖1中的軟化點(diǎn)試驗(yàn)中可以看出，瀝青的軟化點(diǎn)隨著橡膠粉含量的增加也在增大，而且隨著橡膠粉的摻入呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)，這說(shuō)明橡膠粉的加入使得瀝青的高溫穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。從圖1中的針入度試驗(yàn)可以看出瀝青針入度隨著橡膠粉含量的增加在逐漸減小，而且隨著橡膠粉的摻入呈線性下降的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)橄鹉z粉顆粒與基質(zhì)瀝青內(nèi)部發(fā)生反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著橡膠粉的持續(xù)摻入，針入度的數(shù)值趨于穩(wěn)定，說(shuō)明由于橡膠粉顆粒與基質(zhì)瀝青形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得針入度維持在穩(wěn)定水平。

從圖2可以看出延度隨著硫酸鈣晶須摻量的增加逐漸下降，這說(shuō)明硫酸鈣晶須的摻入對(duì)瀝青的延度影響較大。從圖2中的軟化點(diǎn)試驗(yàn)可以看出，瀝青的軟化點(diǎn)隨著橡膠粉含量的增加也在增大，說(shuō)明隨著硫酸鈣晶須的加入使得瀝青的高溫穩(wěn)定性得以增強(qiáng)。從圖2中的針入度試驗(yàn)可以看出瀝青針入度隨著硫酸鈣晶須含量的增加在逐漸減小，說(shuō)明硫酸鈣晶須的摻入對(duì)瀝青針入度有較大的影響。

2 改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)及疲勞試驗(yàn)

2.1 復(fù)合改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用瀝青混合料AC-13，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 AC-13瀝青混合料試驗(yàn)級(jí)配

將改性劑硫酸鈣晶須與橡膠粉形成不同的比例，再根據(jù)以上數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)合改性瀝青混合料(AC-13)。

2.2 疲勞試驗(yàn)

試驗(yàn)采用四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)采用液壓加載裝置，試驗(yàn)按照J(rèn)TG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中的要求制成瀝青混凝土板塊試件，在室溫放置48 h后切割成380 mm×63 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)小梁試件，試驗(yàn)溫度為15 ℃，采用液壓加載模式，在液壓MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行四點(diǎn)加載方式，試驗(yàn)溫度為15 ℃，加載頻率Hz，拉應(yīng)力為200 με,300 με,400 με,500 με,600 με，共五個(gè)應(yīng)變水平，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同類型瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果

從表中可以看出橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性混合料在五種應(yīng)力水平下600 με對(duì)應(yīng)的最低疲勞壽命次數(shù)也是橡膠粉在600 με所對(duì)應(yīng)的最高疲勞壽命次數(shù)的1.2倍，是硫酸鈣晶須瀝青混合料在600 με對(duì)應(yīng)的最高疲勞壽命次數(shù)的1.6倍，而出于200 με水平下的橡膠粉—硫酸鈣晶須對(duì)應(yīng)的疲勞壽命次數(shù)是橡膠粉對(duì)應(yīng)的最高壽命次數(shù)的3.6倍，是硫酸鈣晶須對(duì)應(yīng)的最高壽命次數(shù)的4.7倍。由此可知，橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命優(yōu)于其他兩種改性瀝青混合料，同種條件下，橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性能更好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析表明，隨著橡膠粉、硫酸鈣晶須、橡膠粉—硫酸鈣晶須的加入，瀝青的延度、針入度、軟化點(diǎn)均發(fā)生了變化。同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明橡膠粉—硫酸鈣晶須復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命明顯優(yōu)于其他兩種，有較好的抗疲勞性能。