北京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 102200

SEAM是Sulphur-extended Asphalt Modifier的縮寫，是一種硫黃瀝青改性劑，常溫下為半球狀黑褐色固體顆粒，可以同石料一樣儲存與運(yùn)輸。SEAM可以根據(jù)需要替代高達(dá)40%的瀝青，進(jìn)而節(jié)省材料資源，改善瀝青混合料的路用性能，尤其是顯著提高其高溫抗車轍能力。但是多數(shù)研究與應(yīng)用只注重了SEAM瀝青混合料優(yōu)良的高溫抗車轍性能，而忽略了對SEAM瀝青混合料其他路用性能進(jìn)行改善，特別是對SEAM瀝青混合料抗疲勞性能的相關(guān)研究較少，需要深入研究。文章采用控制應(yīng)力簡支梁彎曲疲勞試驗(yàn)法，通過在PLS-100kN微機(jī)控制電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)力控制的簡支梁彎曲疲勞試驗(yàn)，進(jìn)行AC-20型SEAM瀝青混合料與普通瀝青混合料疲勞性能的對比，以此評價(jià)SEAM瀝青混合料的抗疲勞性能。

1 AC-20型SEAM改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)準(zhǔn)備

通過使用控制應(yīng)力的彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)對AC-20型SEAM改性瀝青混合料進(jìn)行抗疲勞性能指標(biāo)的試驗(yàn)，確定AC-20型SEAM改性瀝青混合料的抗疲勞性能實(shí)際指標(biāo)。試驗(yàn)前要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

1.1 原材料

（1）瀝青。采用殼牌70＃（Pen60/80）瀝青，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ F40—2004）（以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》）要求的性能指標(biāo)檢測針入度（25℃，100g，5s）、針入度指數(shù)PI、延度（5cm/min，10℃）、軟化點(diǎn)（環(huán)球法）、動力黏度（60℃）、閃點(diǎn)、溶解度、15℃密度和TFOT后殘留物項(xiàng)目，性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

（2）礦料。此次試驗(yàn)粗集料使用的碎石為石灰?guī)r，細(xì)集料使用的機(jī)制砂也為石灰?guī)r，通過集料的性能試驗(yàn)測定，所使用的集料性能均能滿足規(guī)范規(guī)定。

（3）改性劑SEAM。常溫下為半球狀黑褐色固體顆粒，SEAM既作為瀝青改性劑又作為瀝青添加劑。

1.2 瀝青混合料的配合比

對AC-20型SEAM改性瀝青混合料進(jìn)行相應(yīng)的配合比試驗(yàn)，以取得瀝青混合料中粗細(xì)礦料的使用比例和混合料的最佳油石比。

（1）礦料級配。通過使用馬歇爾試驗(yàn)的方法，按照《技術(shù)規(guī)范》的要求，最終得到AC-20型SEAM改性瀝青混合料的礦料用量比例，即20～30mm碎石為7%、10～20mm碎石為42%、5～10mm碎石為18%、機(jī)制砂為38%。

（2）最佳油石比。依據(jù)《技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，最終測定AC-20型瀝青混合料的最佳油石比為4.5%。

通過替代公式確定的SEAM結(jié)合料用量為5.12%，其中SEAM用量為2.05%，瀝青用量為3.07%。替代公式如下：

2 AC-20型SEAM改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)方法

文章采用小梁彎曲疲勞試驗(yàn)對不同結(jié)合料的AC-20型瀝青混合料抗疲勞性能進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)設(shè)備為PLS-100kN微機(jī)控制電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)。

（1）試件尺寸。采用瀝青混合料車轍儀制作規(guī)格為300mm×300mm×50mm的瀝青混合料試件，使用切割機(jī)朝著車轍儀碾壓試件的方向?qū)⒃嚰懈顬?20mm×50mm×50mm的符合疲勞試驗(yàn)的試件。

（2）試驗(yàn)條件。試驗(yàn)溫度為15℃，加載頻率為10Hz，跨徑為20cm，應(yīng)力水平根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中疲勞作用次數(shù)的大小采取0.2～0.6或0.3～0.7，采用應(yīng)力控制三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，每個(gè)應(yīng)力水平采用3根小梁進(jìn)行平行試驗(yàn)，根據(jù)不同應(yīng)力比下的疲勞破壞數(shù)據(jù)，繪制加載次數(shù)和變形曲線。

2.1 靜載下試件破壞強(qiáng)度試驗(yàn)

在疲勞試驗(yàn)前，用疲勞試驗(yàn)機(jī)對成型的SEAM改性瀝青混合料小梁進(jìn)行彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，每個(gè)級配類型分別采用3根小梁進(jìn)行平行試驗(yàn)，小梁試件以完全斷裂為破壞標(biāo)志。

AC-20型瀝青混合料小梁疲勞彎曲強(qiáng)度結(jié)果如下：（1）Pen60/80瀝青混合料平均破壞荷載為2.18kN，抗彎拉強(qiáng)度為5.232MPa；（2）SEAM Pen60/80瀝青混合料平均破壞荷載為2.48kN，抗彎拉強(qiáng)度為5.952MPa。

2.2 動載下試件疲勞試驗(yàn)

對AC-20型瀝青混合料小梁進(jìn)行動載疲勞試驗(yàn)，當(dāng)220mm×50mm×50mm的試件全部斷開后，標(biāo)志著試件完全破壞，此時(shí)記錄破壞荷載的作用次數(shù)。AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，其小梁疲勞彎曲疲勞方程如表2所示。

表1 AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果表

表2 AC-20型瀝青混合料小梁彎曲疲勞方程及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制AC-20型SEAM改性瀝青混合料的疲勞曲線圖，如圖1、圖2所示。

圖1 AC-20型Pen60/80瀝青混合料對數(shù)坐標(biāo)回歸疲勞方程曲線

圖2 AC-20型SEAM Pen60/80瀝青混合料對數(shù)坐標(biāo)回歸疲勞方程曲線

3 結(jié)論

通過運(yùn)用控制應(yīng)力簡支梁彎曲疲勞試驗(yàn)法，對SEAM瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料抗疲勞性能進(jìn)行對比研究，得出如下結(jié)論：

（1）AC-20型SEAM改性瀝青混合料與AC-20型普通瀝青混合料相比，在應(yīng)力比相同的情況下，具有更多的疲勞作用次數(shù)。

（2）AC-20型SEAM改性瀝青混合料抗疲勞性能略高于AC-20型普通瀝青混合料。

（3）AC-20型SEAM改性瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)疲勞方程模式。