田 靜

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030006)

1 原材料檢測(cè)

1.1 瀝青

瀝青選擇殼牌AH-90石油瀝青，按照重交通等級(jí)要求對(duì)瀝青各技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，均滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 瀝青各主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.2 SBS改性劑

本試驗(yàn)SBS改性劑采用中石化華中分公司生產(chǎn)的線型熱塑性丁苯橡膠，密度0.79g/cm，粒徑3～6 cm，熔點(diǎn)143 ℃。

1.3 SBS改性瀝青

分別按照SBS摻量為3%、4%、5%、6%配置改性瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG-E20-2011)開展試驗(yàn)，SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.4 集料及礦粉

(1)粗集料

粗集料選用耐磨性能較好的玄武巖，粗集料各主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。細(xì)集料選用機(jī)制砂，表觀相對(duì)密度為2.61 g/cm3，砂當(dāng)量為72%。礦粉的加入可以提高改性瀝青混合料的勁度模量，表觀相對(duì)密度為2.81 g/cm3，含水率為86%，親水系數(shù)≤1，無團(tuán)粒結(jié)塊現(xiàn)象。

表3 粗集料各主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2 SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配

本試驗(yàn)SBS改性瀝青混合料級(jí)配選擇AC-16，如表4所示。

表4 合成級(jí)配篩孔通過率/%

2.2 油石比

通過制作試件，開展馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳油石比為5%。

3 抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果分析

為了確定SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性能，分別制作試件開展小梁彎曲試驗(yàn)。本試驗(yàn)SBS摻量分別為3%、4%、5%、6%，試驗(yàn)溫度為-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，分別在不同溫度、不同摻量下對(duì)SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性能小梁彎拉強(qiáng)度、小梁彎拉應(yīng)變和小梁勁度模量進(jìn)行檢測(cè)，分析試驗(yàn)結(jié)果確定混合料抗裂性能。

3.1 小梁彎拉強(qiáng)度RB試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)不同溫度小梁彎拉強(qiáng)度RB試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)溫度分別為-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，得出不同溫度下小梁彎拉強(qiáng)度RB試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同溫度下小梁彎拉強(qiáng)度RB試驗(yàn)結(jié)果

分析表5小梁彎拉強(qiáng)度RB試驗(yàn)結(jié)果，在溫度從-20 ℃增加到0 ℃的過程中，基質(zhì)瀝青和不同摻量的SBS改性瀝青混合料的小梁彎拉強(qiáng)度不斷升高，其中以摻量為5%的改性瀝青混合料彎拉強(qiáng)度值最大，0 ℃達(dá)到最大值，為13.3 MPa，基質(zhì)瀝青0 ℃彎拉強(qiáng)度值最低，但總體增加幅度最大，為53.3%。溫度增加到0 ℃時(shí)，各類瀝青混合料均有一定幅度的下降，其中以基質(zhì)瀝青混合料下降幅度最大，為9.6%，SBS改性瀝青混合料下降幅度為4.5%～5.8%。這是由于隨著溫度從-20 ℃增加到10 ℃，瀝青混合料經(jīng)歷了從脆性破壞向延性破壞轉(zhuǎn)變的過程，同時(shí)也經(jīng)歷了從彈性→塑性→粘性的發(fā)展過程。

(2)不同SBS摻量小梁彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

分別對(duì)SBS摻量為3%、4%、5%、6%的改性瀝青混合料開展試驗(yàn)，確定不同溫度下各類改性瀝青混合料小梁彎拉強(qiáng)度隨摻量變化曲線如圖1所示。

圖1 改性瀝青混合料小梁彎拉強(qiáng)度隨摻量變化曲線

分析圖1曲線變化趨勢(shì)，隨著SBS摻量從3%增加到5%，各溫度下改性瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度不斷提高，在0 ℃時(shí)達(dá)到最大值，為13.3 MPa，最低值出現(xiàn)在-20 ℃，為11.5 MPa。SBS摻量達(dá)到6%后各溫度下改性瀝青混合料彎拉強(qiáng)度均出現(xiàn)了不同程度的下降，其中以SBS摻量為3%時(shí)下降幅度最大，為4.9%；SBS摻量為6%時(shí)下降幅度最小，為2.5%。分析得出在瀝青混合料中加入適量的SBS改性劑，可提高骨料與瀝青的粘附力，進(jìn)而達(dá)到提高彎拉強(qiáng)度的作用。但當(dāng)SBS摻量超過5%后，分散性下降，SBS結(jié)團(tuán)后會(huì)增加礦料之間的空隙，使瀝青混合料彎拉強(qiáng)度下降。

3.2 小梁彎拉應(yīng)變?chǔ)臖試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)不同溫度小梁彎拉應(yīng)變?chǔ)臖試驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述試驗(yàn)溫度，不同溫度瀝青混合料小梁彎拉應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果如表6所示。

分析表6數(shù)據(jù)，得出隨著溫度的升高，小梁彎拉應(yīng)變也不斷增加。以0～10 ℃增加幅度最大，基質(zhì)瀝青混合料應(yīng)變?cè)黾臃葹?0.6%，SBS改性瀝青混合料應(yīng)變?cè)黾臃仍?9.5%～65.9%之間。分析原因是由于隨著溫度的升高，瀝青及瀝青混合料粘性增加，延展性不斷提高，進(jìn)而造成應(yīng)變?cè)黾印?/p>

(2)不同SBS摻量小梁彎拉應(yīng)變?chǔ)臖試驗(yàn)結(jié)果分析

與上述SBS摻量相同，不同溫度改性瀝青混合料小梁彎拉應(yīng)變?chǔ)臖試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同溫度改性瀝青混合料小梁彎拉應(yīng)變?chǔ)臖試驗(yàn)結(jié)果

分析圖2曲線變化趨勢(shì)，當(dāng)SBS摻量從0%增加到5%，不同溫度改性瀝青混合料彎拉應(yīng)變呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中以10 ℃時(shí)增加趨勢(shì)最明顯。從-20～0 ℃，改性瀝青混合料的彎拉應(yīng)變?cè)黾臃容^小。當(dāng)溫度達(dá)到10 ℃時(shí)，彎拉應(yīng)變?cè)黾于厔?shì)明顯。當(dāng)SBS摻量超過5%時(shí)，改性瀝青混合料彎拉應(yīng)變開始下降。分析原因是由于SBS的加入改善了改性瀝青的粘性及變形性能，使彎拉應(yīng)變?cè)龃?。而SBS摻量超過5%后，SBS吸收了混合料中的自由瀝青，降低了混合料的柔性，使彎拉應(yīng)變下降。

3.3 小梁勁度模量SB試驗(yàn)結(jié)果分析

小梁勁度模量SB為彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變的比值，結(jié)合上述彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果，分析溫度和SBS摻量對(duì)小梁勁度模量SB的影響。溫度由-20 ℃增加0 ℃，勁度模量快速下降，這是由于彎拉強(qiáng)度隨溫度增長(zhǎng)的速率較彎拉應(yīng)變小造成的，-20～-10 ℃變化幅度最大。溫度由0 ℃增加10 ℃，彎拉強(qiáng)度逐步下降，而應(yīng)變不斷增加，進(jìn)而造成小梁勁度模量迅速下降。

結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果，在不同溫度下，隨著SBS摻量的增加，小梁勁度模量變化較小。隨著SBS摻量從0%增加到4%，小梁勁度模量緩慢下降，SBS摻量摻量超過4%時(shí)，小梁勁度模量緩慢增加。分析原因是由于隨著SBS摻量(0%～4%)的增加，彎拉應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率較彎拉強(qiáng)度快，反之。

4 結(jié) 語

結(jié)合小梁彎曲試驗(yàn)，對(duì)彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和勁度模量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出溫度和SBS摻量對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性的影響。溫度對(duì)小梁彎拉應(yīng)變的變化影響較明顯，隨著溫度升高，瀝青混合料彎拉應(yīng)變快速增大，勁度模量快速下降。SBS的摻量可明顯改善瀝青混合料的低溫抗裂性能，分析確定摻量為5%時(shí)改性效果最高。