暢 曉 鈺

(山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

隨交通數(shù)量的不斷增長，超載、重載現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，瀝青路面由此引發(fā)出的車轍、推移和壅包等病害問題愈來愈嚴(yán)重。這些路面病害致使路面結(jié)構(gòu)層原有的承載能力下降，行車安全性、舒適性較差。對路面病害反復(fù)性的養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)消耗巨大，同時路面病害也存在一定的安全隱患，因此亟需采取一種路用性能、耐久性優(yōu)良的路面結(jié)構(gòu)和材料。

通過高模量劑的添加可以提高混合料的模量，減小車輛荷載下路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的變形，從而改善混合料的抗高溫變形能力和疲勞性能，延長路面的使用壽命[1]。添加高模量劑生產(chǎn)出的混合料抗剪強(qiáng)度高，特別是在使用溫度較高的情況下具備良好的穩(wěn)定性，路面鋪筑后在同等條件下結(jié)構(gòu)承載力高，抗車轍性強(qiáng)[2]。尤其在重載、高溫地區(qū)、長大縱坡等情況下應(yīng)用可以有非常好的效果。

長安大學(xué)對高模量瀝青路面進(jìn)行了一系列研究[3]，通過室內(nèi)試驗及高速公路中的應(yīng)用，提出了相關(guān)的配合比設(shè)計，能夠進(jìn)一步提高抗車轍能力和降低瀝青用量。東北大學(xué)[4]對高模量瀝青混合料的相關(guān)性能進(jìn)行了室內(nèi)試驗，研究結(jié)果顯示其各方面性能較優(yōu)。楊朝輝[5]通過室內(nèi)試驗對添加三種不同高模量劑的混合料性能進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果顯示SBS與高模量劑共同改性的混合料路用性能較好。

本文分別對普通、SBS改性、SBS與高模量劑共同改性三種類型的混合料的高低溫、水穩(wěn)性進(jìn)行了試驗分析，并采用抗壓強(qiáng)度、回彈模量和動態(tài)模量三種指標(biāo)對其力學(xué)特性進(jìn)行了評價。

1 試驗

1.1 原材料

1)瀝青。

本次試驗采用SBS I-C改性瀝青和70號A級普通瀝青，其各項指標(biāo)如表1，表2所示。

2)高模量劑。

本文采用高模量改性劑PRM進(jìn)行試驗，需存放于干燥處以防受潮。技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

1.2 混合料

采用AC-13混合料級配，選取規(guī)范中設(shè)計級配中值作為混合料的礦料級配，圖1為AC-13型級配曲線。礦料選用石灰?guī)r，分別制備普通、SBS改性、SBS與高模量劑共同改性三種瀝青混合料，PRM的添加量為總質(zhì)量的0.4%。

表1 國創(chuàng)SBS I-C改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 70號A級普通瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 PRM高模量劑技術(shù)指標(biāo)

1.3 試驗方案

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中的要求，分別成型試件，采用車轍、低溫彎曲、凍融劈裂試驗測試試件的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，采用抗壓強(qiáng)度、回彈模量和動態(tài)模量來測試試件在荷載作用下抵抗破壞和永久變形的性能。

1.1 資料來源 隨機(jī)抽取2017年6-12月本院轄區(qū)內(nèi)5所幼兒園2～5歲兒童作為研究對象，共計對614名兒童進(jìn)行皮膚檢查，其中男357名，女257名；2歲、3歲、4歲和5歲分別為140名、173名、168名和133名。

2 作用機(jī)理

高模量劑通過外摻的方法加入到混合料中，添加后經(jīng)過拌和過程與集料在高溫條件下發(fā)生碰撞、剪切，產(chǎn)生熔融，均勻的分散到混合料中，并與瀝青發(fā)生膠結(jié)，在高溫施工碾壓作用下，高模量劑變軟填充到混合料中，增加了其密實程度，材料間的作用力變大。高模量劑添加后與礦料產(chǎn)生嵌擠，與瀝青產(chǎn)生膠結(jié)，提升了混合料的模量和承受荷載性能，從而大大提升了混合料的耐久性。

3 結(jié)果與討論

3.1 路用性能分析

3.1.1高溫穩(wěn)定性

車轍試驗可反映混合料在高溫條件下，受到荷載作用抵抗發(fā)生形變的能力，三種混合料類型試件的試驗結(jié)果如圖2所示，60 min試驗結(jié)束后的總變形量如圖3所示。由試驗結(jié)果可知，相比普通和SBS改性瀝青混合料，采用SBS與PRM高模量劑共同改性的混合料試件動穩(wěn)定度測試值分別提升了255%，79%，車轍總變形量分別降低了63%，38%。PRM的摻加明顯提高了試件的高溫性能和抵抗永久變形的性能。SBS與PRM高模量劑共同改性后混合料抵抗高溫車轍變形的能力較優(yōu)。

3.1.2低溫抗裂性

通過小梁低溫彎曲破壞試驗，對三種混合料類型試件的低溫性能進(jìn)行研究分析，測試結(jié)果如圖4所示。相較于普通瀝青混合料，SBS改性和SBS與PRM高模量劑復(fù)合改性后彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變均有一定程度的提升，兩者相差不大，添加PRM會導(dǎo)致SBS改性混合料低溫彎拉應(yīng)變稍微減小，但從彎曲勁度模量結(jié)果分析，摻加PRM后有所增加。因此，SBS與PRM復(fù)合改性混合料的低溫性較為良好，也可以采取添加纖維等方式對低溫性進(jìn)一步改善[6]。

3.1.3水穩(wěn)定性

采用凍融劈裂試驗對三種混合料類型試件的水穩(wěn)性進(jìn)行研究分析，試件經(jīng)過凍融及未凍融過程，測得的劈裂強(qiáng)度數(shù)值結(jié)果如圖5所示。未進(jìn)行凍融試件的劈裂強(qiáng)度分別為0.86 MPa,0.91 MPa,0.94 MPa，凍融后的劈裂強(qiáng)度分別為0.71 MPa，0.79 MPa，0.83 MPa，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比分別為82.6%，86.8%，88.3%。結(jié)果表明，SBS與PRM共同改性作用下混合料的抗水損害性能為最佳。PRM高模量劑在瀝青混合料中起到填充密實作用，同時在高溫拌和中熔融吸附一部分瀝青，起到粘結(jié)增強(qiáng)作用，因此增強(qiáng)了劈裂強(qiáng)度和水穩(wěn)定性能。

3.2 力學(xué)性能分析

混合料的回彈模量體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)層材料抵抗可恢復(fù)變形的性能，抗壓強(qiáng)度反映其抵抗荷載破壞的能力。本文采用20 ℃條件下的單軸壓縮試驗對三種混合料類型的抗壓強(qiáng)度和回彈模量進(jìn)行檢測，試驗結(jié)果如圖6，圖7所示。三種不同混合料類型的抗壓強(qiáng)度和回彈模量結(jié)果均為：SBS與PRM復(fù)合改性混合料>SBS改性瀝青混合料>普通瀝青混合料，相較于另兩種混合料，SBS與PRM共同改性后的混合料試件抗壓強(qiáng)度分別提升了63%,41%，回彈模量分別提升了59%,10%。由結(jié)果可知，在受到荷載作用時，SBS與PRM復(fù)合改性作用下混合料的抵抗破壞和變形的性能較好。

3.2.2動態(tài)模量

路面在實際運營中的力學(xué)特性與靜態(tài)作用下有一定的差別，本文根據(jù)實際受力情況的角度，通過測試三種混合料類型試件的動態(tài)模量來對其力學(xué)性能評價。在不同溫度條件下三種混合料類型試件的動態(tài)模量檢測結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，三種不同混合料類型的試件動態(tài)模量均隨頻率的增加而增加，隨溫度的升高而減小。在0 ℃，20 ℃，40 ℃和60 ℃溫度下，動態(tài)模量試驗測試結(jié)果均為：SBS與PRM共同改性混合料>SBS改性瀝青混合料>普通瀝青混合料。相對而言，在40 ℃和60 ℃溫度較高情況時，SBS與PRM共同改性混合料試件的動態(tài)模量增長較明顯，表明其在高溫、高速行駛的荷載情況下，具備更好的抵抗變形性能。

4 結(jié)語

1)SBS與PRM共同改性作用下混合料具備較優(yōu)的高溫性和抵抗永久變形的能力。相比于普通和SBS改性瀝青混合料，車轍動穩(wěn)定度檢測值提升了255%，79%，車轍總變形量降低了63%，38%。

2)SBS改性和SBS與PRM共同改性作用下混合料的低溫性良好，兩者相差較小，相比普通瀝青混合料均有一定程度的提升。

3)三種混合料類型中SBS與PRM共同改性作用下混合料的抗水損害能為最佳。PRM高模量劑起到填充密實、粘結(jié)增強(qiáng)的作用，提升了水穩(wěn)定性能。

4)SBS與PRM共同改性混合料的抗壓強(qiáng)度分別提升了63%，41%，回彈模量分別提升了59%，10%。在溫度較高情況下，動態(tài)模量的增長相對較明顯。具備較優(yōu)的力學(xué)特性，抵抗荷載破壞和變形的性能較好。尤其在溫度較高的情況下，具備更好的抵抗變形的能力。