張洪波，蔣龍松，鄒雪峰

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211110)

1 原材料試驗

外摻劑的性能直接影響混合料的使用效果，而性能又由其化學(xué)組成來決定[1]。對于聚合物改性添加劑可通過差示掃描量熱法試驗(DSC)來對其熔融溫度及熱熔進(jìn)行測定。熔融是指聚合物從固態(tài)向具有不同粘度的液態(tài)的轉(zhuǎn)變，在DSC曲線上表現(xiàn)為吸熱峰。通過DSC曲線，比較相應(yīng)的吸熱熔融起止溫度及峰值，可判斷聚合物外摻劑在混合料生產(chǎn)時，正常時間內(nèi)通過熔融改性，形成穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的難易程度[2-4]。鑒于此，研究采用差示掃描量熱法試驗對常用的兩種外摻劑進(jìn)行分析。試驗對象為兩種外摻劑ZQ-1和PR.M。

試驗條件：取6 mg左右樣品(精確至0.01 mg)置于儀器內(nèi)，從50 ℃以20 ℃/min的升溫速率加熱至300 ℃，實時記錄DSC曲線。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 兩種外摻劑DSC曲線

從試驗結(jié)果來看：在當(dāng)溫度達(dá)到120 ℃左右時，兩種外摻劑出現(xiàn)了第一個吸熱熔融峰(Peak T)，即外摻劑中部分聚合物發(fā)生物相轉(zhuǎn)變。由于一般混合料生產(chǎn)溫度均在160 ℃以上，因此，在這一階段的瀝青改性容易完成，ZQ-1外摻劑絕大部分的改性過程均在這一階段完成。表明該外摻劑所用高熔點聚合物含量較少，在較低溫度時即可完成改性，形成較為穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而PR.M外摻劑，則存在明顯的第二個熔融峰，且熔融峰溫度為161 ℃，表明PR.M外摻劑當(dāng)中含有較多的高熔點聚合物。雖然室內(nèi)試驗結(jié)果兩種外摻劑混合料均具有較好的試驗指標(biāo)，但室內(nèi)混合料拌和溫度和時間均能保證外摻劑能完成改性過程。而其形成穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)果需要長時間的高溫度環(huán)境，正常混合料施工時高溫拌和只有幾秒鐘的時間生產(chǎn)環(huán)境，因此在施工過程中應(yīng)保持足夠的溫度保證外摻劑充分反應(yīng)。

2 路用性能設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)實際工程應(yīng)用，設(shè)計50#瀝青摻ZQ-1外摻劑、50#瀝青摻PR.M外摻劑、30#瀝青摻PR.M外摻劑和30#瀝青四種瀝青混合料，分別從高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析。

2.1 高溫性能

四種瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗結(jié)果如圖2所示。其中根據(jù)混合料的實際工程用及試驗結(jié)果，動穩(wěn)定度指標(biāo)要求≧10 000次/mm[5]。

圖2 混合料動穩(wěn)定度

由試驗結(jié)果可知，50#瀝青摻ZQ-1和30#瀝青摻PR.M兩種抗車轍瀝青混合料滿足動穩(wěn)定度要求，抗車轍性能良好滿足路用要求，這與實際工程應(yīng)用結(jié)果一致。而其他兩種混合料高溫性能不足而導(dǎo)致車轍較大。

鑒于動穩(wěn)定度指標(biāo)對不同膠結(jié)料類型的耐久性抗車轍瀝青混合料具有較敏感的甄別特性[6-8]，對抗車轍瀝青混合料采用中國車轍試驗的試驗誤差進(jìn)行了可靠性論證分析。試驗結(jié)果見表1。

表1 動穩(wěn)定度試驗誤差分析

由試驗結(jié)果可知，試驗千分位導(dǎo)致試驗動穩(wěn)定最大偏差為6%。說明只要車轍試驗儀器位移傳感器數(shù)據(jù)采集精度達(dá)到0.001 mm，則采用中國車轍試驗對抗車轍瀝青混合料的高溫性能具有可靠的甄別度。當(dāng)位移傳感器數(shù)據(jù)采集精度達(dá)到0.001 mm時，將動穩(wěn)定度指標(biāo)提高到10 000次/mm是可行的。

分別對四種瀝青混合料進(jìn)行法國車轍試驗，各試件作用30 000次車轍率如圖3所示。

圖3 法國車轍試驗

法國車轍試驗結(jié)果表明，設(shè)計的混合料最大車轍率為5.19%，而車轍率不大于7.5%的技術(shù)要求對混合料高溫性能起不到控制作用。因此，研究將抗車轍抗車轍混合料的法國車轍率指標(biāo)要求范圍調(diào)整至不大于5%。

從混合料試驗結(jié)果來看四種類型耐久性瀝青混合料的法國車轍和中國車轍試驗結(jié)果都滿足現(xiàn)行技術(shù)指標(biāo)要求。根據(jù)實際工程應(yīng)用的調(diào)查情況，混合料抗車轍性能優(yōu)劣順序與中國車轍試驗結(jié)果反映的規(guī)律基本一致，與法國車轍優(yōu)劣順序差異較大。由此可見中國車轍試驗對這種高油石比、低孔隙率的混合料的高溫穩(wěn)定性能有較高的區(qū)分度，結(jié)合試驗結(jié)果及工程實際應(yīng)用情況，推薦采用中國車轍試驗動穩(wěn)定度作為抗車轍混合料高溫性能設(shè)計指標(biāo)，法國車轍率作為輔助驗證指標(biāo)。

2.2 低溫性能

低溫性能采用小梁彎曲試驗，四種混合料低溫彎曲應(yīng)變?nèi)鐖D4所示。

根據(jù)試驗結(jié)果，四種混合料彎曲破壞應(yīng)變值均大于2 000 με，滿足技術(shù)要求。結(jié)合實際工程運用情況，現(xiàn)場檢測未見明顯的低溫開裂情況，低溫性能良好，可見彎曲破壞應(yīng)變值﹥2 000 με滿足耐久性抗車轍混合料設(shè)計要求。

圖4 低溫小梁彎曲試驗

3 模量設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)力學(xué)計算的結(jié)果，瀝青層模量越大混合料抵抗荷載破壞的能力越強[9-10]。四種瀝青混合料模量試驗結(jié)果見表2。

表2 設(shè)計混合料的ITSM模量試驗 單位：MPa

根據(jù)試驗結(jié)果：50#瀝青摻ZQ-1型和50#瀝青摻PR.M 型瀝青混合料的模量分別為10 767 MPa和12 127 MPa，根據(jù)模量結(jié)果50#瀝青摻PR.M抵抗荷載破壞的能力應(yīng)該大于50#瀝青摻ZQ-1型瀝青混合料。但是實際工程應(yīng)用表明50#瀝青摻ZQ-1型混合料路用性能良好，50#瀝青摻PR.M型瀝青混合料抗車轍性能不能滿足路用要求。因此，僅提高混合料的模量并不能完全保證路面抵抗行車荷載破壞的能力。對混合料模量不做特殊要求，滿足現(xiàn)行規(guī)范技術(shù)要求即可。

4 綜合指標(biāo)分析

根據(jù)四種設(shè)計瀝青混合料試驗結(jié)果和技術(shù)要求，綜合分析耐久性抗車轍瀝青混合料設(shè)計體系及技術(shù)要求如表3所示。

表3 抗車轍瀝青混合料設(shè)計體系

根據(jù)綜合指標(biāo)設(shè)計體系，四種瀝青混合料中，僅50#瀝青摻ZQ-1和30#瀝青摻PR.M兩種抗車轍瀝青混合料滿足動穩(wěn)定度要求，抗車轍性能良好滿足路用要求。50#瀝青摻PR.M和30#瀝青兩種瀝青混合料除高溫性能外，其余各指標(biāo)均滿足要求。

5 試驗段分析

根據(jù)抗車轍混合料技術(shù)要求，設(shè)計四種耐久性抗車轍混合料，分別作為揚州S243省道公路交叉口試驗段面層材料。其中四種抗車轍混合料分別為30#瀝青、30#瀝青摻PR.M添加劑、50#瀝青摻PR.M添加劑、50#瀝青摻ZQ-1添加劑。試驗段施工完成后分別對交叉口車轍深度進(jìn)行檢測，車轍試驗結(jié)果見表4。

表4 現(xiàn)場車轍深度檢測 單位：mm

根據(jù)車轍檢測結(jié)果：通車3個月，由于未經(jīng)過高溫季節(jié)，現(xiàn)場試驗段交叉口車轍深度均在5 mm以內(nèi)，且轉(zhuǎn)彎車道均小于自行車道車轍深度。通車1年后，50#瀝青摻ZQ-1試驗段平均車轍最小為6.8 cm，30#瀝青摻PR.M試驗段次之，平均車轍深度9.3 mm，采用50#瀝青摻PR.M試驗段，平均車轍超過13 mm。后續(xù)跟蹤觀測，各路段車轍深度均有一定程度增長，尤其是50#瀝青摻PR.M和30#瀝青混合料車轍深度增長較快，最大車轍深度超過18 mm。

根據(jù)試驗結(jié)果50#瀝青摻ZQ-1試驗段抗車轍性能優(yōu)于30#瀝青摻PR.M和50#瀝青摻PR.M試驗段。混合料抗車轍性能優(yōu)劣順序與車轍試驗結(jié)果反映的規(guī)律基本一致。根據(jù)室內(nèi)試驗和工程應(yīng)用實際情況，本文研究推薦50#瀝青摻ZQ-1和30#瀝青摻PR.M型抗車轍瀝青混合料作為交叉口抗車轍混合料，具體類型的選擇根據(jù)工程所在地原材料供應(yīng)狀況而定。

6 結(jié) 論

(1)50#瀝青摻ZQ-1和30#瀝青摻PR.M兩種抗車轍瀝青混合料滿足動穩(wěn)定度要求，抗車轍性能良好滿足路用要求。

(2)采用中國車轍試驗對抗車轍瀝青混合料的高溫性能具有可靠的甄別度。當(dāng)位移傳感器數(shù)據(jù)采集精度達(dá)到0.001 mm時，將動穩(wěn)定度指標(biāo)提高到10 000次/mm是可行的。

(3)50#瀝青摻ZQ-1試驗段抗車轍性能優(yōu)于30#瀝青摻PR.M和50#瀝青摻PR.M試驗段。混合料抗車轍性能優(yōu)劣順序與車轍試驗結(jié)果反映的規(guī)律基本一致。推薦50#瀝青摻ZQ-1和30#瀝青摻PR.M型抗車轍瀝青混合料作為交叉口抗車轍混合料。