李連進(jìn)

（安徽交控工程集團(tuán)有限公司，安徽合肥 230000）

隨著《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂，對(duì)瀝青混合料粘彈性的研究日益受到重視[1]。在研究瀝青混合料的力學(xué)特性時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)粘彈特性的研究[2]。在同樣的載荷作用下，瀝青混合料的彈性模數(shù)越大，表明其應(yīng)變變形就越小，其疲勞壽命也相應(yīng)越大[3]。但瀝青混合料作為典型的粘彈性材料，其動(dòng)態(tài)模量值會(huì)隨著試驗(yàn)溫度或加載頻率的變化而發(fā)生改變，因此在各種荷載作用下，其應(yīng)力響應(yīng)也有較大的差別[4-5]。為了準(zhǔn)確的反應(yīng)出添加塑料潤(rùn)滑劑對(duì)SBS 改性瀝青道路力學(xué)特性的影響，本文運(yùn)用單軸壓縮測(cè)量混合料動(dòng)態(tài)模量的方法進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)[6]，分析添加塑料潤(rùn)滑劑MAR 后，SBS改性瀝青混合料力學(xué)特性的變化[7]。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)瀝青選用國(guó)產(chǎn)A 級(jí)70#瀝青。選用MAR 作為塑料脂酸酰胺；SBS 聚合物選用1301；選擇山東優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r集料，并選用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉作為填料，對(duì)AC-20瀝青混合料進(jìn)行了設(shè)計(jì)。潤(rùn)滑劑，其主要成分為含有較多羥基脂肪酸酰胺的乙撐雙硬。

1.2 復(fù)合改性瀝青制備

采用濕法制備添加塑料潤(rùn)滑劑MAR 與SBS 改性劑的復(fù)合改性瀝青，試驗(yàn)儀器為FLUKO 剪切機(jī)。不同摻量MAR 改性瀝青三大指標(biāo)如表1 所示。

表1 不同MAR 摻量復(fù)合改性瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

SBS 改性瀝青添加MAR 復(fù)合處理后，其軟化點(diǎn)隨MAR 含量的增加而增大。當(dāng)摻量超過1.5%后，由于MAR 含量過高，在其內(nèi)部形成了一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)，在5℃延度上表現(xiàn)為先降后升。所以，本研究以1.5%為MAR的最優(yōu)添加量。

1.3 瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，在規(guī)范推薦AC 范圍內(nèi)，采用三條不同的級(jí)配曲線。級(jí)配采用S 形曲線，適當(dāng)降低接近最大粒徑的粗骨料和細(xì)集料中0.6mm 以下細(xì)集料的比例，并適當(dāng)?shù)靥岣咧袡n級(jí)配的粗骨料。在設(shè)計(jì)時(shí)，參照Superpave 瀝青混合料限值及控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)思想，以防止“駝峰”的出現(xiàn)，并對(duì)Bayer 法中的CA、FAf 和FAc 等填充參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用SPT 裝置對(duì)MAR 摻量為0%和1.5%的兩種改性瀝青混合料進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，通過對(duì)兩種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和相位角與溫度、加載頻率的關(guān)系，分析添加塑料潤(rùn)滑劑MAR 后，SBS 改性瀝青混合料力學(xué)特性的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 動(dòng)態(tài)模量與加載頻率的關(guān)系

在相同的載荷條件下，不同加載頻率會(huì)對(duì)瀝青混合料應(yīng)力—應(yīng)變時(shí)間產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量。在5℃、25℃、45℃條件下，對(duì)不同頻率下兩種瀝青混合料試件的動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同溫度條件下動(dòng)態(tài)模量與頻率關(guān)系圖

從圖1 可以看出，在相同的試驗(yàn)溫度條件下，摻加1.5%塑料潤(rùn)滑劑MAR 的SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料比SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量要高，且隨著頻率的增加，兩種材料的動(dòng)態(tài)模量變化均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)。隨著溫度的升高，瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，這是由于瀝青混合料隨溫度的升高趨于粘性狀態(tài)，容易產(chǎn)生永久變形，從而導(dǎo)致路面發(fā)生車轍病害；低溫時(shí)混合料必須具有足夠的韌性，才能承受較大的變形。

結(jié)果表明：在5℃條件下，兩種瀝青混合料的彈性模量隨頻率增加而增大，但動(dòng)態(tài)模量差異較小，說明塑料潤(rùn)滑劑對(duì)其低溫抗裂性能影響較??；而在試驗(yàn)溫度45℃，加載頻率為0.1Hz 時(shí)，添加塑料潤(rùn)滑劑后，SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量較未添加MAR 的混合料動(dòng)態(tài)模量有顯著提高，這說明塑料潤(rùn)滑劑MAR 添加到SBS 改性瀝青中，可以起到改善其混合料的高溫穩(wěn)定性的作用。

2.2 動(dòng)態(tài)模量與溫度關(guān)系

不同溫度條件下，瀝青混合料的力學(xué)性能表現(xiàn)為低溫彈性高溫粘性，但隨著溫度升高，瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量、抗拉強(qiáng)度明顯下降，出現(xiàn)應(yīng)力松弛、蠕變等現(xiàn)象。通過比較兩種改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量，研究其動(dòng)態(tài)模量隨溫度變化規(guī)律，探討添加MAR 對(duì)SBS 改性瀝青混合料力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)溫度仍然采用5℃、25℃和45℃，并在相同荷載條件下，加載頻率分別為0.1Hz、1Hz、5Hz、10Hz 和20Hz。圖2 是兩種瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量隨溫度變化的曲線關(guān)系圖。

圖2 瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量與溫度的變化關(guān)系圖

從圖2 可以看出，塑料潤(rùn)滑劑MAR 摻量為0%和1.5%的兩種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量均隨著試驗(yàn)溫度的下降呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，且溫度在5℃和25℃之間時(shí)，兩種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量下降幅度明顯高于25℃和45℃之間；當(dāng)加載頻率相同時(shí)，SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料比 SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量大，45℃加載頻率5 Hz 時(shí)，其動(dòng)態(tài)模量比未添加塑料潤(rùn)滑劑的SBS 改性瀝青混合料高2.4 倍，說明MAR 對(duì)高溫變形性能有明顯改善。

2.3 相位角與溫度及加載頻率關(guān)系

瀝青混合料中粘滯和彈性部分的比率的變化可以通過其相位角δ 反映，在粘彈性材料中，相位角δ 的變化區(qū)間為0°-90°。相位角能反映出材料的粘彈屬性，在相位角δ 為0°時(shí)，材料表現(xiàn)為完全的彈性狀態(tài)，而在相位角δ 為90°時(shí)，材料就會(huì)呈現(xiàn)完全的粘性狀態(tài)。而瀝青混合料的相位角也隨試驗(yàn)條件的變化而發(fā)生變化，本文以三種溫度、五種頻率為試驗(yàn)條件，對(duì)兩種瀝青混合料相位角結(jié)果進(jìn)行匯總，如圖3 所示。

圖3 瀝青混合料相位角隨溫度變化關(guān)系圖

無論是否添加塑料潤(rùn)滑劑MAR，兩種瀝青混合料的相位角隨試驗(yàn)條件的改變而變化的趨勢(shì)基本一致，均隨溫度的升高，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)加載頻率小于1 Hz 時(shí)，相位角的最大值出現(xiàn)在25℃，當(dāng)頻率不低于5 Hz 時(shí)，相位角在45℃時(shí)出現(xiàn)最大值，高溫段變化趨于平緩。由于瀝青混合料的相位角δ 反映瀝青混合料內(nèi)部粘性與彈性成分的比例，因此相同加載頻率下瀝青混合料低溫相位角較小，說明瀝青混合料中的彈性成分多為粘性部分，近似于彈性體，隨著溫度升高，瀝青混合料的相位角增大，說明粘性成分比例增大，瀝青易發(fā)生粘性流動(dòng)，發(fā)生塑性變形。選取了四個(gè)不同頻率下兩種混合料的相位角隨溫度變化的曲線，如圖4 所示。

圖4 不同加載頻率條件下相位角隨溫度變化關(guān)系圖

由圖4 可以看出，三種不同加載頻率條件下，瀝青混合料的相位角變化趨勢(shì)基本一致，但SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料的相位角始終小于SBS 改性瀝青混合料，說明在相同試驗(yàn)條件下加入 MAR 可以減小SBS 改性瀝青混合料的相位角，從而提高SBS 改性瀝青混合料強(qiáng)度。兩種瀝青混合料在相同加載頻率和低溫下的相位角差異較小，但隨溫度升高而增大。瀝青混合料的相位角δ 越小，則損耗因子tanδ 越小，表明瀝青混合料在承受荷載發(fā)生形變時(shí)，更多的是以彈性恢復(fù)的方式恢復(fù)變形，減少了材料發(fā)生粘性流動(dòng)產(chǎn)生永久變形現(xiàn)象的發(fā)生。這說明1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時(shí)的粘性流動(dòng)，進(jìn)而提高其混合料抵抗永久變形的能力。

3 結(jié)論

(1) MAR 加入后，在低溫高頻下SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量有明顯提高，高溫穩(wěn)定性得到改善。

(2) 相位角分析結(jié)果表明，MAR 的加入可以降低SBS 改性瀝青混合料的相位角，且隨著溫度的升高，混合料相位角降低幅度越大，從而降低SBS 改性瀝青混合料的損耗因子tanδ，1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時(shí)的粘性流動(dòng)，進(jìn)而提高其混合料抵抗永久變形的能力。