卜力平 王家主

摘要：為充分利用福建本地儲(chǔ)量豐富的花崗巖，降低工程造價(jià)，為瀝青路面設(shè)計(jì)提供動(dòng)態(tài)參數(shù)，采用花崗巖改性瀝青混合料，選擇3種品牌基質(zhì)瀝青與花崗巖骨料分別制作AC-16C改性瀝青混合料，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，分析在不同溫度和不同加載頻率綜合作用下改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與相位角的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨溫度的升高和加載頻率的減小，3種品牌基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量均逐漸減??；相位角的變化規(guī)律隨溫度變化較復(fù)雜，高硫?yàn)r青品牌的基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料在高溫低頻時(shí)動(dòng)態(tài)模量相對(duì)較大，相位角相對(duì)較小。試驗(yàn)結(jié)果可用于預(yù)測(cè)和分析不同溫度與加載頻率條件下的瀝青路面行為特征，為瀝青路面設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)瀝青；花崗巖；改性瀝青混合料；動(dòng)態(tài)模量；相位角

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.42;TV431⁺.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2023）01-0052-05

引用格式：卜力平，王家主.基質(zhì)瀝青對(duì)花崗巖改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量與相位角的影響［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，31（1）：52-56.

BU Liping，WANG Jiazhu. Effect of matrix asphalt on dynamic modulus and phase angle of granite modified asphalt mixture［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2023，31（1）：52-56.

0 引言

我國(guó)東南沿海地區(qū)花崗巖儲(chǔ)量較豐富，福建省花崗巖占全省巖石儲(chǔ)量的70%以上?；◢弾r屬于酸性石料，與瀝青的黏附性較差，花崗巖瀝青混合料抵抗瀝青路面水損害能力不足，限制了花崗巖在瀝青路面工程中的應(yīng)用。為滿足高速公路建設(shè)對(duì)石料資源的巨大需求，經(jīng)實(shí)踐證明采用改性瀝青能顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性。高硫?yàn)r青源自硫含量較高的原油，瀝青中硫含量與原油中硫含量正相關(guān)。瀝青含硫不影響瀝青的使用性能，硫磺通常作為改性瀝青的穩(wěn)定劑，用以改善瀝青的高溫穩(wěn)定性和抗水損害性能^[1-3]。

瀝青混凝土路面在受到車(chē)輛荷載垂直方向沖擊力作用時(shí)產(chǎn)生水平方向的推擠，且伴隨共振、阻尼和慣性等共同作用，形成瀝青路面的復(fù)雜受力體系^[4]。相較于頂面回彈模量，動(dòng)態(tài)模量的變化更能反映路面的實(shí)際工作狀態(tài)，可反映模量對(duì)溫度和時(shí)間的依賴性，瀝青路面設(shè)計(jì)由靜態(tài)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法^[5]。瀝青具有黏彈性特征，在高溫和車(chē)輛荷載作用下，瀝青混合料的動(dòng)力特性改變，通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)可驗(yàn)證瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量和相位角變化結(jié)果的準(zhǔn)確性^[6-8]。本文采用進(jìn)口高硫原油在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高硫?yàn)r青和非高硫原油生產(chǎn)的普通瀝青作為基質(zhì)瀝青，以福建省普通花崗巖石料作為瀝青路面的原材料，引進(jìn)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析同種集料與不同組分瀝青的混合料在不同溫度和加載頻率綜合影響下動(dòng)態(tài)模量和相位角的變化規(guī)律，為就地取材、降低工程成本及瀝青路面設(shè)計(jì)提供參考。

1 原材料和礦料級(jí)配

1.1 原材料

粗、細(xì)集料均采用閩清石料場(chǎng)花崗巖碎石，經(jīng)過(guò)顎式、圓錐式和反擊式3種破碎方式加工而成^[9-10]。細(xì)集料砂當(dāng)量為70.6%，粗集料試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。3種品牌基質(zhì)瀝青苯乙烯-丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物（styrene butadiene styrene，SBS）改性后的常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

由表2可知：SBS改性后高硫?yàn)r青的閃點(diǎn)、溶解度最大，彈性恢復(fù)最小，儲(chǔ)存穩(wěn)定性略優(yōu)于A瀝青，比B瀝青差。3種改性瀝青經(jīng)薄膜加熱老化后，殘留物的質(zhì)量變化相差不大。

經(jīng)檢測(cè)，全部原材料均符合文獻(xiàn)[12]要求。

1.2 礦料級(jí)配

采用SBS改性瀝青混合料AC-16C，油石比為5.1%，其礦料級(jí)配如表3所示。

2 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)設(shè)備為UTM-25動(dòng)態(tài)伺服液壓材料試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)溫度分別為-10、5、20、35、50 ℃。試驗(yàn)頻率與行車(chē)速度有關(guān)，高速公路行車(chē)速度為120 km/h，頻率約25.0 Hz；在高速公路收費(fèi)站進(jìn)出口車(chē)輛速度較慢，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)頻率不小于0.1 Hz；車(chē)輛行駛速度分別為40、60 km/h，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)頻率約為5.0、10.0 Hz。單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)采用的加載頻率分別為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、25.0 Hz。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

3種品牌基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與相位角試驗(yàn)結(jié)果如圖1、2所示。

由圖1可知：隨溫度的升高和加載頻率的減小，3種品牌基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量均逐漸減小。溫度相同時(shí)，頻率越小，動(dòng)態(tài)模量越??；頻率相同時(shí)，溫度越低，動(dòng)態(tài)模量越大。高硫改性瀝青混合料在高溫低頻時(shí)的動(dòng)態(tài)模量相對(duì)較大。

由圖2可知：相位角變化情況較復(fù)雜，主要原因是瀝青屬于黏彈性材料，相位角表征瀝青黏性和彈性成分相對(duì)比例，相位角越大，瀝青的黏性越大，彈性越小；相位角越小，瀝青的黏性越小，彈性越大。當(dāng)溫度低于20 ℃時(shí)，相位角隨加載頻率的增大而減小，表明在低溫高頻作用下，瀝青混合料從黏性向彈性轉(zhuǎn)化，礦料骨架瀝青膠漿性能對(duì)混合料力學(xué)特性影響更顯著。當(dāng)溫度達(dá)到35 ℃時(shí)，相位角隨加載頻率的減小先增大后明顯減小。溫度繼續(xù)升至50 ℃的過(guò)程中，相位角隨溫度的升高和加載頻率的減小而持續(xù)減小。這是因?yàn)樵诟邷氐皖l作用下，瀝青組分中的高分子鏈段加速移動(dòng)，混合料的礦料骨架結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)揮作用，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大，當(dāng)溫度達(dá)到改性瀝青的軟化點(diǎn)時(shí)，礦料骨架的作用已超出改性瀝青混合料本身。高硫改性瀝青混合料在高溫低頻時(shí)相位角相對(duì)較小^[13-16]。

3 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)

為驗(yàn)證動(dòng)態(tài)模量與高溫穩(wěn)定性的關(guān)系， 對(duì)3種品牌的基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)^[17-18]。按照文獻(xiàn)[12]要求，分別進(jìn)行60、80 ℃車(chē)轍試驗(yàn)及60 ℃浸水車(chē)轍試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：同等試驗(yàn)條件下，基質(zhì)瀝青是高硫?yàn)r青的AC-16C改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)較大。這是因?yàn)楦吡蚋男詾r青中的硫化物相對(duì)較多，增強(qiáng)了瀝青的極性，與瀝青混合料中骨料的黏結(jié)力大幅提高，高硫改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)論

選擇3種品牌基質(zhì)瀝青AC-16C改性瀝青混合料，粗、細(xì)集料均采用花崗巖碎石，在不同試驗(yàn)溫度和加載頻率的條件下進(jìn)行單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)與動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)模量曲線圖及相位角曲線圖可知在不同溫度和加載頻率綜合作用下改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與相位角的變化規(guī)律，可用于預(yù)測(cè)和分析不同溫度與加載頻率條件下瀝青路面的行為特征。

1）高硫改性瀝青混合料在高溫低頻時(shí)的動(dòng)態(tài)模量相對(duì)較大，且相位角較小。實(shí)測(cè)的3種改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量可為瀝青路面設(shè)計(jì)提供參考。

2）同等條件下，高硫改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較好，抗車(chē)轍能力較強(qiáng)。

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Effect of matrix asphalt on dynamic modulus and phase angle of

granite modified asphalt mixture

BU Liping^1，2， WANG Jiazhu^3，4

1.College of Civil Engineering， Fujian Chuanzheng Communications College， Fuzhou 350007， China;

2.Collaborative Innovation Center of Intelligent and Green Construction Application Technology of Transportation Civil Construction，

Fuzhou 350007， China; 3.Fujian Provincial Transportation Research Institute Co.， Ltd.， Fuzhou 350004，China;

4.Research and Development Center of Transport Industry of New Materials， Technologies Application for Highway Construction and

Maintenance of Offshore Areas， Ministry of Transport， PRC，F(xiàn)uzhou 350004，China

Abstract：In order to make full use of the abundant granite in Fujian and reduce the project cost， the granite modified asphalt mixture is used to provide dynamic parameters for the design of asphalt pavement. Three kinds of brand of asphalt and granite aggregate are selected to make AC-16C modified asphalt mixture， and dynamic modulus and dynamic stability test are carried out to analyze the change law of dynamic modulus and phase angle of the modified asphalt mixture under the combined effect of temperature and frequency. The results show that with the increase of temperature and the decrease of loading frequency， the dynamic modulus of 3 brands of asphalt AC-16C modified asphalt mixture gradually decreases， and the change of phase angle with temperature is more complicated. The dynamic modulus of the asphalt AC-16C modified asphalt mixture of high-sulfur asphalt is relatively larger， and the phase angle is relatively small at high temperature and low frequency. The test results can be used to predict and analyze the behavior characteristics of asphalt pavement under different temperatures and loading frequencies， and provide reference for asphalt pavement design.

Keywords：matrix asphalt; granite; modified asphalt mixture; dynamic modulus; phase angle

（責(zé)任編輯：王惠）