張 琰

(湘潭市交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督站，湖南 湘潭 411104)

瀝青路面是我國高速公路、高等級國省干線公路和城市道路中常見的路面類型，其主要優(yōu)點(diǎn)在于路面連續(xù)平整、行車舒適、噪音小以及便于翻修和養(yǎng)護(hù)等。瀝青路面能使用多久、瀝青路面服務(wù)水平的好壞受路面結(jié)構(gòu)與交通軸載的影響，更取決于筑路瀝青混合料的質(zhì)量。因此，如何改良瀝青混合料材料的路用性能成為了研究熱點(diǎn)。瀝青混合料指的是以瀝青為膠體將粗、細(xì)集料和填料按一定比例膠結(jié)而成的多元多級空間結(jié)構(gòu)的膠凝混合物［1］。但長期以來人們著重于研究如何通過改善瀝青的性能來改善瀝青混合料的技術(shù)性能，而對瀝青混合料中的填料在瀝青混合料使用性能所能起到的改良作用鮮有研究［2～4］。

在瀝青混合料結(jié)構(gòu)中，填料是通過與瀝青相互作用形成瀝青膠漿，進(jìn)而豐富了瀝青混合料微觀級配。一般情況下，礦粉與瀝青接觸的比表面積越大，瀝青膠漿粘結(jié)力就更大，該組分對瀝青混合料整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提升就更顯著［5，6］。目前，石灰?guī)r礦粉是我國使用最多應(yīng)用最廣泛的填料，對其與瀝青形成的瀝青膠漿性能進(jìn)行研究具有重要的意義，本文選取廣西地區(qū)的石灰?guī)r作樣本，研究不同粉膠比下石灰?guī)r礦粉與70#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青的瀝青膠漿路用性能變化。

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青

本文選取了公路建設(shè)中常用的兩種瀝青:70#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青。所選瀝青樣本基本性能指標(biāo)如表1、表2所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青樣品的性能指標(biāo)

表2 SBS改性瀝青樣品的性能指標(biāo)

1.2 礦粉

本文選用的礦粉樣本原材料為柳州施工現(xiàn)場選取的石灰?guī)r礦粉，礦粉的常規(guī)指標(biāo)均符合規(guī)范的技術(shù)要求，如表3所示。

表3 石灰?guī)r礦粉樣本的檢驗(yàn)指標(biāo)

2 不同粉膠比下瀝青膠漿常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果及分析

結(jié)合專家學(xué)者做過的一些研究，本文選取純?yōu)r青和瀝青膠漿粉膠比為 0.3、0.6、0.9、1.2 制作 5 組試件［6，7］，由于延度試驗(yàn)并不適合瀝青膠漿，對 70#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青分別只進(jìn)行常規(guī)的針入度和軟化點(diǎn)試驗(yàn)，結(jié)果如下。

2.1 針入度試驗(yàn)結(jié)果及分析

從圖1可知:

1)同種瀝青的純?yōu)r青和瀝青膠漿相互比較，可見純?yōu)r青的針入度較瀝青膠漿的針入度大。如25℃時(shí)，70#基質(zhì)瀝青的針入度可達(dá)到68，而粉膠比大于0 時(shí)，針入度均小于68。這可能是由于礦粉的摻入對瀝青起到了一定的硬化作用。

2)基質(zhì)瀝青和改性瀝青的瀝青膠漿針入度結(jié)果顯示，瀝青種類不同但針入度均隨粉膠比的增加呈現(xiàn)出先減后增的規(guī)律。這表明，存在一個(gè)最佳粉膠比，此時(shí)的瀝青和填充料產(chǎn)生的相互作用最強(qiáng)、礦粉對瀝青的硬化效果最好。根據(jù)上述結(jié)果可推測針入度最佳粉膠比在0.6～0.9 之間。

圖1 不同瀝青不同粉膠比下的瀝青膠漿針入度

2.2 軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果及分析

同針入度試驗(yàn)所述，選取純?yōu)r青和瀝青膠漿粉膠比為 0.3、0.6、0.9、1.2 制作 5 組試件，進(jìn)行瀝青膠漿軟化點(diǎn)試驗(yàn)［6，7］，結(jié)果如下。

從圖2可以看出:

1)不同瀝青種類，粉膠比大于0 時(shí)瀝青膠漿的軟化點(diǎn)較其對應(yīng)的純?yōu)r青軟化點(diǎn)均有所提高，可見礦粉與瀝青形成的瀝青膠漿的粘度較純?yōu)r青著實(shí)有所增大，相比純?yōu)r青這單質(zhì)而言二元多質(zhì)混合物的軟化點(diǎn)更高。這一結(jié)果體現(xiàn)的機(jī)理與針入度試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2)從兩種瀝青的軟化點(diǎn)～粉膠比曲線可以看出，軟化點(diǎn)隨粉膠比增大而遞增的這一趨勢與瀝青種類無關(guān)，SBS 瀝青膠漿軟化點(diǎn)比70#基質(zhì)瀝青膠漿高 20～30 ℃。

圖2 不同瀝青不同粉膠比下的瀝青膠漿軟化點(diǎn)

由針入度和軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果可知，礦粉的摻入使得瀝青的性能整體上有所提高。但僅靠瀝青的常規(guī)試驗(yàn)來評判瀝青膠漿整體性能是不夠有說服力的，所以還需結(jié)合其他性能試驗(yàn)對瀝青膠漿的路用性能隨粉膠比的變化情況進(jìn)行深入探究。

3 瀝青膠漿高低溫性能試驗(yàn)

3.1 不同粉膠比下動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)及結(jié)果分析

瀝青膠漿與純?yōu)r青相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)從單質(zhì)變成了多質(zhì)，本體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大變化，因此，其高低溫性能較純?yōu)r青究竟是優(yōu)是劣有待考究。本文參考一些專家和學(xué)者此前提出的思路，采用動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)［7］來研究瀝青膠漿的高溫性能［1～4］，以此分析粉膠比對瀝青膠漿高溫性能產(chǎn)生的影響。

本研究中DSR 試驗(yàn)采用應(yīng)變控制模式，應(yīng)變值γ=12%，試驗(yàn)頻率 ω =10 rad/s，約等于1.59 Hz。試驗(yàn)溫度采用64 ℃，試樣直徑為25 mm，厚度為1 mm，試驗(yàn)方法為 AASHTO 標(biāo)準(zhǔn) TPS［7］。取得的主要參數(shù)包括:復(fù)數(shù)剪切模量G*，反映材料能承受的重復(fù)剪切總阻力。相位角δ，δ 越小，材料彈性越好，塑性越差，δ 越大則反之;SHRP 規(guī)范定義的車轍因子G*/sinδ，車轍因子越大，抗車轍能力越強(qiáng)。在相同的G*時(shí)，δ 越小則表示材料的彈性分量大粘性分量小，即材料的抗車轍能力越強(qiáng)［7］。

各試樣試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知:

1)對純?yōu)r青與瀝青膠漿抗車轍因子G*/sinδ結(jié)果進(jìn)行比較分析可得，瀝青膠漿G*/sinδ 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純?yōu)r青G*/sinδ，可見瀝青膠漿較純?yōu)r青硬化效果明顯，抗車轍能力得到顯著提高，這種現(xiàn)象與瀝青類型無關(guān);G*/sinδ 隨著粉膠比的增加而增大，G*/sinδ 的增幅也隨粉膠比增加而變大。

表4 動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)結(jié)果

2)對70#基質(zhì)瀝青而言，礦粉摻量的增加不改變70#基質(zhì)瀝青膠漿的相位角，這說明70#基質(zhì)瀝青膠漿結(jié)構(gòu)中彈性部分與粘性部分分別所占的比例不因礦粉的摻入而改變。

3)對于SBS 改性瀝青而言，礦粉摻量的增加使得SBS 改性瀝青膠漿的相位角逐漸減小，這說明SBS 改性瀝青膠漿結(jié)構(gòu)中粘性組分占得比例隨礦粉的摻入而逐漸變小，彈性組分逐漸增多。

3.2 不同粉膠比下瀝青膠漿低溫彎曲試驗(yàn)

參考此前一些專家和學(xué)者的研究，本文采用彎曲梁流變儀(BBR)來測試瀝青膠漿的低溫性能，試驗(yàn)獲取的主要參數(shù)包括:蠕變斜率(m)和蠕變勁度(S)［5，6］。其中，蠕變斜率越大，瀝青膠漿受載緩沖抗變形能力就越強(qiáng)，其具有的抗低溫性能就更好;蠕變勁度越大，則瀝青膠漿脆性越大，其抗低溫變形能力就越差。選取試驗(yàn)溫度為－12 ℃ ，該條件下試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3和圖4可以看出，

1)對70#基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青而言，瀝青膠漿勁度模量較純?yōu)r青大，蠕變斜率較純?yōu)r青小。由此可見，瀝青膠漿的低溫性能都要比同類的純?yōu)r青差，這是由于礦粉的摻入增大了材料的脆性降低了材料的彈性，低溫抗裂性能降低。

2)瀝青膠漿的抗裂性能隨著粉膠比的增加呈降低趨勢，并且降低幅度有遞增的趨勢。

圖3 不同粉膠比下不同類型瀝青膠漿的勁度模量

圖4 不同類型不同粉膠比下瀝青膠漿的蠕變斜率

4 結(jié)語

1)石灰?guī)r礦粉瀝青膠漿常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果顯示瀝青膠漿的各項(xiàng)性能較純?yōu)r青均有較大的提升。此外，瀝青膠漿的軟化點(diǎn)隨粉膠比增大而不斷升高;瀝青膠漿針入度隨粉膠比的增大而減小，針入度最佳粉膠比在 0.6～0.9 之間。

2)從DSR 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不論何種瀝青，瀝青膠漿的高溫性能均優(yōu)于相應(yīng)純?yōu)r青的高溫性能;從BBR 試驗(yàn)結(jié)果可知，瀝青膠漿的低溫抗裂性能較純?yōu)r青有所降低，粉膠比越大低溫抗裂性能越差。

從本文試驗(yàn)結(jié)果上看，不同粉膠比下石灰?guī)r礦粉瀝青膠漿的性能較純?yōu)r青的性能有所變化?？傮w上看，礦粉的摻入對瀝青的高溫性能有所提高，對瀝青的低溫性能有所降低。因此在工程中，需要根據(jù)實(shí)際需要決定礦粉的摻量，如常年高溫地區(qū)可考慮通過加大粉膠比以提高瀝青混合料的高溫性能，對低溫地區(qū)以及溫差較大的地區(qū)則需慎重選擇合適的粉膠比。本文試驗(yàn)結(jié)果對不同地區(qū)的瀝青混合料粉膠比的確定起一定參考作用，但本文僅研究了礦粉與瀝青這一兩元混合物性能，存在一定的局限性，粉膠比對瀝青混合料整體的性能影響還有待進(jìn)一步研究。

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