周輝

摘 要：文章通過開展車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂強度試驗，依次對比了6種溫拌改性瀝青混合料的車轍穩(wěn)定度、低溫抗彎拉強度、水穩(wěn)定性能等路用性能指標(biāo)。試驗結(jié)果表明，不同類型的瀝青混合料，其路用性能存在明顯差異，應(yīng)根據(jù)公路施工需要合理選擇恰當(dāng)類型的溫拌改性瀝青混合料，以達(dá)到最佳施工效果。

關(guān)鍵詞：溫拌改性瀝青混合料;車轍試驗;低溫彎曲試驗;水穩(wěn)定性

中圖分類號：U416.217? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）04-0054-03

0 引言

瀝青混凝土路面廣泛應(yīng)用于高速公路、市政道路、機場跑道等各種場所，在路面鋪筑時，選擇何種瀝青混合料對施工成本、鋪筑效率、路面質(zhì)量等會產(chǎn)生直接影響。普通的熱拌瀝青混合料（HMA），是將瀝青加熱至150℃左右，礦料加熱至180℃左右，將兩者充分拌勻后再進行鋪筑。除了消耗較高的能源外，還會釋放出刺鼻的有毒氣體，污染環(huán)境并危害施工人員的健康。溫拌改性瀝青混合料由于拌和溫度、壓實溫度較低，相比于常規(guī)的熱拌熱鋪瀝青混合料具有環(huán)保效益好、作業(yè)效率高、生產(chǎn)能耗低、使用壽命長等一系列優(yōu)點，因此實際應(yīng)用效果更好。在這一背景下，探究WMA路用性能對選擇合適材料、提高路面施工質(zhì)量有積極幫助。

1 溫拌改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分析

1.1 車轍試驗

在高溫環(huán)境下，瀝青材料會軟化，這時選擇瀝青混合料鋪筑而成的路面，也會出現(xiàn)強度降低的情況。當(dāng)有大噸位貨車駛過時，很容易在路面留下車轍。在分析溫拌改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性時，可選擇的方法有徑向加載試驗、三軸壓縮試驗、車轍試驗等。本文以車轍試驗為例，其原理是將溫拌改性瀝青混合料升高至不同溫度，然后在當(dāng)前溫度下使用車輪在混合料表面進行反復(fù)碾壓，對比不同瀝青混合料抵抗塑性流動變形的能力[1]。其中，利用試塊變形幅度與車輪通過次數(shù)之間的關(guān)系，可以計算出試塊穩(wěn)定度。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），車轍試驗中使用溫拌改性瀝青混合料制作規(guī)格為300 mm×300 mm×60 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，然后試驗溫度設(shè)定為80℃，試驗車輪的接地壓強為0.6 MPa。選擇E0、EA3、EC3、S0、SA3、SC3共6種不同類型的瀝青混合料，測定其車轍動穩(wěn)定度。

1.2 不同瀝青混合料的車轍穩(wěn)定度

6種溫拌改性瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果如表1所示。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知，本次車轍試驗中動穩(wěn)定度在3087-6833次/mm之間。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2017）的相關(guān)要求，改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度>2800次/mm，故本次試驗中所用6種溫拌改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足要求。其中，摻入了A降粘劑的S改性瀝青動穩(wěn)定度最高，達(dá)到了6833次/mm，故鋪設(shè)瀝青混凝土路面時，要想提高路面的高溫穩(wěn)定性，可以優(yōu)先考慮使用SA3型溫拌改性瀝青混合料[2]。

2 溫拌改性瀝青混合料的低溫抗裂性能分析

2.1 低溫彎曲試驗

使用瀝青混合料鋪筑的路面，在冬季低溫天氣下容易因為收縮而出現(xiàn)開裂的情況。溫拌改性瀝青混合料具有更強的應(yīng)力松弛特性，在因為低溫發(fā)生收縮以后，隨著溫度的重新回升，低溫拉應(yīng)力逐漸消解，此時路面瀝青材料又會重新恢復(fù)正常，從而使路面具備了更強的低溫抗裂性能。由于瀝青混合料配合比不同，因此低溫抗裂能力也有差異，為了驗證不同類型溫拌改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，開展試驗進行驗證。常用的試驗方法加載破壞試驗、直接拉伸試驗、應(yīng)力松弛試驗等。本文選擇低溫彎曲試驗進行驗證，試驗原理是在-10℃的低溫環(huán)境下，測定試件的抗彎拉強度、彎拉應(yīng)變和彎拉勁度模量。其中，抗彎拉強度越高，彎拉應(yīng)變越大，彎拉勁度模量越小，表明低溫抗裂性能越好。本試驗中根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）相關(guān)規(guī)定，制作規(guī)格為40 mm×20 mm×180 mm的棱柱體試件，加載速率設(shè)定為60 mm/min，測量6種瀝青混合料在低溫環(huán)境下的抗彎拉強度[3]。

2.2 不同瀝青混合料的低溫抗彎拉強度

6種瀝青混合料的低溫試驗結(jié)果如表2所示。

結(jié)合表2數(shù)據(jù)可知，在-10℃的低溫環(huán)境下，未摻入降粘劑的E改性瀝青（EO）和S改性瀝青（S0），抗彎拉強度分別為8.3 MPa和8.7 MPa，高于摻入了A和C降粘劑的瀝青混合料。說明降粘劑的使用，對瀝青混合料的低溫抗彎拉強度有負(fù)面影響。同樣的，在彎拉應(yīng)變一項指標(biāo)中，兩種未摻入降粘劑的改性瀝青，彎拉應(yīng)變值分別為2 720.9 με和2 727.4 με，也高于其他4種摻入降粘劑的瀝青混合料。在彎拉勁度模量一項指標(biāo)中，使用降粘劑C、摻入量為3%的瀝青混合料（SC3），彎拉勁度模量最低，為2 888.9 kPa。綜合對比來看，要想提高瀝青路面的低溫抗彎拉強度，選擇SC3型溫拌改性瀝青混合料可以取得理想效果[4]。

3 溫拌改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能分析

3.1 浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂強度試驗

水損害是導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)脫粒、坑槽的主要原因之一。在容易出現(xiàn)積水的低洼路段，或者車流量較大、超載貨車數(shù)量較多的路段，出現(xiàn)水損害的幾率較高。在這些特殊路段施工時，應(yīng)選擇溫拌改性瀝青混合料提高路面的水穩(wěn)定性。評價水穩(wěn)定性的方法有多種，例如浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、浸水車轍試驗等。本文分別進行了浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，具體方法為：

①浸水馬歇爾試驗。制作馬歇爾試驗，正反兩面分別擊實60次。然后將試件均分成A、B2組。其中A組試件置于60℃的溫水中，恒溫浸泡30 min;B組試件置于60℃溫水中，恒溫浸泡48 h。到達(dá)時間后，將試件取出測定馬歇爾穩(wěn)定度，A組記為MS0，B組記為MS1。利用如下公式求得殘留穩(wěn)定度（MS）：

MS=MS1/MS0×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?①

6種瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度如表3所示。

②凍融劈裂試驗。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（（JTG E20—2011））的有關(guān)規(guī)定進行凍融劈裂試驗。制作馬歇爾試件后，正反兩面各擊實60次，然后將其均分成A、B兩組。將A組試件置于30℃的溫水中浸泡2 h，取出測量試件的劈裂強度，記為PT1;將B組試件置于98.5 KPa的真空條件下，維持15 min。之后將試件取出，置于30℃的水中靜置30 min。到時間后，取出試件放于塑料袋中，封口并放于-20℃的冰箱中，靜置12 h。到時間后，取出置于60℃的溫水中恒溫浸泡24 h，再放到30℃的水中浸泡2 h。最后取出測量試件的劈裂強度，記為PT2。由劈裂強度（PT）計算出劈裂抗拉強度（RT），兩者之間關(guān)系為：

RT =6.287×10-3PT /h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②

上式中h為試件在水中浸泡的總時間。再根據(jù)劈裂抗拉強度計算出凍融劈裂抗拉強度比（TSR），計算公式為：

TSR= RT2 / RT1×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③

3.2 不同瀝青混合料的水穩(wěn)定性

不同瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強度比如圖1所示。

結(jié)合圖1可知，6種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，在91.1%～95.8%之間;凍融劈裂抗拉強度比在86.3%-97.2%之間。而《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2017）中設(shè)定的最小值為80%，故本次試驗中瀝青混合料的水穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。僅從水穩(wěn)定性上來看，使用C粘結(jié)劑、摻入量為3%的溫拌改性瀝青混合料（SC3）的效果最好，EC3次之。但是EC3的壓實溫度為120℃，低于SC3的135℃。因此綜合來看，EC3是更好的選擇[5]。

4 溫拌改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度分析

采用馬歇爾擊實試驗，選擇不摻加降粘劑的EO瀝青混合料，以10℃為變化幅度，分別設(shè)計了150℃、160℃、170℃和180℃四個溫度等級，測量4個不同壓實溫度下，E0瀝青混合料的空隙率、毛體積密度與壓實溫度的關(guān)系，結(jié)果如圖2所示。

如圖2所示，隨著壓實溫度的增大，瀝青混合料的空隙率呈先增大后減小變化，其中壓實溫度為170℃時，空隙率達(dá)到最低，其值為2.90%;隨著壓實溫度的增大，瀝青混合料的毛體積密度呈先增大后減小變化，其中壓實溫度為170℃時，毛體積密度達(dá)到最大，此時毛體積密度為2.51 g/cm3。根據(jù)圖2可知，壓實溫度為170℃時瀝青混合料的空隙率、毛體積密度均達(dá)到最佳狀態(tài)，即表明此時瀝青混合料的耐磨性、穩(wěn)定性等路用性能較好。

5 結(jié)語

溫拌改性瀝青混合料具有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等諸多優(yōu)良的路用性能，在公路工程中使用該材料時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適類型的瀝青混合料，并靈活調(diào)控壓實溫度，才能保證材料路用性能達(dá)到最優(yōu)化。本文針對不同溫拌改性瀝青混合料進行了高溫車轍穩(wěn)定度、低溫抗彎拉強度、水穩(wěn)定性能等路用性能試驗，旨為溫拌改性瀝青混合料的設(shè)計提供參考。

參考文獻

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[2] 李偉.溫拌抗車轍復(fù)合改性SMA瀝青混凝土路面施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建筑·建材·裝飾，2019（21）：84-85.

[3] 李微，趙亮，張洋，等.環(huán)保型阻燃溫拌瀝青混合料在隧道路面中的應(yīng)用技術(shù)研究[J].吉林交通科技，2019（1）：8-10.

[4] 陳偉，時孝鵬.軟硬瀝青復(fù)配溫拌改性瀝青混合料路用性能研究[J].施工技術(shù)，2020（S01）：1 327-1 329.

[5] 王偉明，凌宏杰，吳曠懷.新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青及其路用性能[J].公路，2019，64（3）：230-234.