郭昱濤，王 鑫，張業(yè)興，李勁薪，馬 霞，何茂勝，徐世法

(1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044；2.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004；3.北京建筑大學(xué) 北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044)

0 引 言

材料選擇是影響瀝青混凝土路面中面層性能的最重要因素，為避免因材料選擇不當(dāng)導(dǎo)致路面病害，本文選擇中面層常用的SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青AC-20型混合料。SBS改性瀝青是以基質(zhì)瀝青為原料，加入一定比例的SBS改性劑，通過(guò)剪切、攪拌等方法使SBS均勻地分散于瀝青中，同時(shí)加入一定比例的專屬穩(wěn)定劑后形成的SBS共混材料，它利用SBS良好的物理性能對(duì)瀝青做改性處理[1-6]；橡膠改性瀝青是先將廢舊輪胎加工成為橡膠顆粒，再按一定的粗細(xì)級(jí)配比例進(jìn)行組合，同時(shí)添加多種高聚合物改性劑，并在高溫條件下(180 ℃以上)充分拌合，與基質(zhì)瀝青充分熔脹反應(yīng)后形成的改性瀝青膠結(jié)材料。2種材料相較于基質(zhì)瀝青均具有高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等優(yōu)勢(shì)，在主干路面層中應(yīng)用廣泛[7-10]。

路況調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)取芯發(fā)現(xiàn)，瀝青混凝土路面的主要病害仍集中于車轍及裂縫，并且中面層芯樣普遍有開(kāi)裂現(xiàn)象。本文針對(duì)該現(xiàn)象，并且針對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究最終選擇SBS改性瀝青及橡膠改性瀝青AC-20瀝青混合料[11-14]，測(cè)試其體積指標(biāo)，并通過(guò)車轍試驗(yàn)、低溫小梁試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)分別測(cè)試其高溫性能、低溫性能、水溫性能、疲勞性能，綜合評(píng)價(jià)其路用性能優(yōu)劣，為道路大修及養(yǎng)護(hù)工程推薦合適的中面層材料。

1 原材料

1.1 SBS改性瀝青

本文使用的SBS改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 橡膠改性瀝青

本文使用的橡膠改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 橡膠改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.3 礦粉

本文使用集料全部為石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 礦粉技術(shù)指標(biāo)

1.4 集料

本文采用石灰?guī)r礦料進(jìn)行試驗(yàn)，并且按照規(guī)范要求對(duì)礦料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，集料的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 石灰?guī)r細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)指標(biāo)

1.5 級(jí)配

本次試驗(yàn)采取的級(jí)配為中面層常用的AC-20型，調(diào)整通過(guò)率和中值以滿足規(guī)范要求，并參考實(shí)際生產(chǎn)常用級(jí)配。級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 AC-20礦料級(jí)配曲線

2 體積指標(biāo)及路用性能測(cè)試

結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本次試驗(yàn)選取油石比為6.0%，檢測(cè)該油石比下SBS改性瀝青、橡膠瀝青AC-20型混合料的各項(xiàng)體積指標(biāo)，并測(cè)試其高溫性能、低溫性能、水溫性能及疲勞性能。

2.1 馬歇爾體積指標(biāo)測(cè)試

對(duì)油石比為6.0%的2種瀝青混合料的體積指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5、6。

表5 SBS改性AC-20的體積指標(biāo)

表6 橡膠改性AC-20的體積指標(biāo)

2.2 路用性能指標(biāo)測(cè)試

對(duì)油石比為6.0%的2種瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7、8。

表7 SBS改性AC-20的路用性能指標(biāo)

表8 橡膠改性AC-20的路用性能指標(biāo)

由體積指標(biāo)及路用性能測(cè)試結(jié)果可看出，在該級(jí)配及油石比下，2種瀝青混合料的體積指標(biāo)及路用性能滿足規(guī)范要求，需結(jié)合工程實(shí)際需求分析各項(xiàng)性能的優(yōu)劣。

3 材料比選

3.1 高溫性能比選

從表7、8中可以看到，橡膠改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度稍高于SBS改性瀝青混合料。橡膠顆粒在高溫狀態(tài)下與瀝青充分混合后，使瀝青軟化點(diǎn)提高，黏度增加，從而使高溫性能表現(xiàn)更優(yōu)；另一方面，橡膠顆粒體積會(huì)顯著變化，橡膠顆粒間的距離縮短，發(fā)生黏聚，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。橡膠網(wǎng)絡(luò)間的相互作用限制了瀝青的流動(dòng)，提高了瀝青的內(nèi)聚力，使瀝青的性能得到全面改善[15-16]。因此，SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青能夠在高溫條件下抵抗行車荷載的反復(fù)作用產(chǎn)生的變形，使瀝青的高溫性能得到了很大的提高，增強(qiáng)了瀝青混合料的抗車轍能力。

3.2 低溫性能比選

從表7、8中可以看出，橡膠改性瀝青混合料的最大彎曲應(yīng)變高于SBS改性瀝青混合料，擁有更好的低溫抗開(kāi)裂能力。由于橡膠改性瀝青中含有橡膠成分，這是苯乙烯和丁二烯的共聚物，其內(nèi)部分子之間的作用力相對(duì)較小，分子鏈連接比較松散，分子間容易發(fā)生流動(dòng)變形[17]。而SBS是苯乙烯-丁二烯基的嵌段共聚物，由于苯乙烯段含量高，其硬度大，內(nèi)部分子鏈連接緊密，瀝青就表現(xiàn)為相對(duì)較硬。橡膠的可塑性使橡膠改性瀝青混合料的低溫抗裂性能更優(yōu)。此外，橡膠粉來(lái)自輪胎，其設(shè)計(jì)低溫性能要顯著優(yōu)于SBS改性劑。因此，在低溫條件下添加橡膠后的改性瀝青相對(duì)SBS改性瀝青具有更加良好的低溫變形能力。

3.3 水穩(wěn)定性能比選

SBS改性瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比大于橡膠改性瀝青混合料，其水穩(wěn)定性更優(yōu)。這主要是由于加入SBS后結(jié)構(gòu)比橡膠瀝青更穩(wěn)定，從而增加了瀝青與集料之間的黏附力，提高了瀝青膠漿的破壞強(qiáng)度。

3.4 疲勞性能比選

橡膠改性瀝青混合料的疲勞性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，這在一定程度上也由于橡膠瀝青膠結(jié)結(jié)構(gòu)比SBS瀝青的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更具彈性，能夠承受較多次數(shù)的循環(huán)荷載。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)上述指標(biāo)對(duì)比分析，結(jié)果如下。

(1)對(duì)用作中面層材料的SBS改性瀝青及橡膠改性瀝青AC-20混合料進(jìn)行體積指標(biāo)及路用性能測(cè)試，結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(2)橡膠改性瀝青AC-20混合料在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性能方面均強(qiáng)于SBS改性瀝青混合料，當(dāng)原路段車轍及開(kāi)裂等病害嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用橡膠改性瀝青混合料。橡膠顆粒在高溫狀態(tài)下與瀝青充分混合后，體積顯著變化，使其間距縮短，發(fā)生黏聚，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高了瀝青的內(nèi)聚力，使瀝青的性能得到全面改善；且橡膠改性瀝青中含有橡膠成分，是苯乙烯和丁二烯的共聚物，與SBS改性瀝青相比較軟，其可塑性使橡膠改性瀝青混合料的低溫抗裂性能更優(yōu)。

(3)SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性優(yōu)于橡膠改性瀝青混合料，當(dāng)路段有較多水損害，對(duì)水穩(wěn)定性有較高要求時(shí)，可考慮使用SBS改性瀝青混合料。