樊婷 左健

作者簡介：

樊?婷（1987—），工程師，主要從事國省道干線公路的日常養(yǎng)護(hù)工作。

為了解決廣西普通國省干線公路中重載交通、長大縱坡和紅綠燈交叉口等低速行車路段瀝青路面極易出現(xiàn)中重度車轍問題，文章針對廣西地區(qū)高溫多雨的氣候特點(diǎn)，選用粗顆粒斷級配骨架密實(shí)型級配，將70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青、干法SBS改性劑、新型抗車轍劑KCZ制備成四種瀝青混合料，通過車轍試驗(yàn)檢驗(yàn)其高溫穩(wěn)定性，采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)其水穩(wěn)定性，利用不同溫度下的粘聚力和內(nèi)摩擦角評價其力學(xué)性能。結(jié)果表明，干法摻入SBS改性劑和新型抗車轍劑可提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度，可為干法添加劑新材料在廣西普通國省干線公路瀝青路面中的推廣及應(yīng)用提供參考。

干法SBS改性劑；新型抗車轍劑；瀝青混合料；路用性能；力學(xué)性能

U414.1A220803

0?引言

廣西普通國省干線公路中，重載交通、長大縱坡和紅綠燈交叉口等低速行車路段的瀝青路面極易出現(xiàn)中重度車轍現(xiàn)象。廣西高速公路瀝青路面中、上面層常使用SBS改性瀝青。目前，SBS改性瀝青主要通過濕法工藝制備，其制備工藝的優(yōu)點(diǎn)在于可以滿足大型項(xiàng)目的需求，但存在長時間儲存容易發(fā)生離析現(xiàn)象和SBS受熱易分解造成使用性能衰減的缺陷，影響瀝青路面的耐久性［1-3］。而干法SBS改性瀝青是指將改性劑直接加入瀝青拌和樓的攪拌鍋中，即拌和過程也是瀝青改性過程，其主要優(yōu)點(diǎn)為可以分別控制改性劑、集料和基質(zhì)瀝青等原材料的品質(zhì)。

近些年來，相關(guān)研究人員對改性劑進(jìn)行了大量研究。閆小崗［4］研究認(rèn)為濕法摻入4.5%改性劑摻量的瀝青混合料路用性能最佳；欒軼博等［5］發(fā)現(xiàn)SBR乳膠改性劑可以用于干法工藝；劉利豐［6］發(fā)現(xiàn)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性與干法SBS改性劑摻量呈正相關(guān)，且凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比存在峰值；Mao等［7］通過研究聚烯烴干法改性熱拌瀝青的使用性能，發(fā)現(xiàn)其高溫穩(wěn)定性和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比性能優(yōu)良；王正同等［8］研究了干法直投式SBS改性劑的路用性能，發(fā)現(xiàn)直投SBS改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)要求均滿足符合規(guī)范要求。

以上研究主要集中在SBS改性劑對瀝青混合料性能的影響，且濕法SBS改性瀝青研究較多，因其性能優(yōu)異而被大量應(yīng)用研究，但缺少與干法SBS改性瀝青混合料及干法抗車轍劑瀝青混合料的路用性能和力學(xué)性能系統(tǒng)對比研究。為了解決廣西普通國省干線公路中重載交通、長大縱坡和紅綠燈交叉口等低速行車路段瀝青路面極易出現(xiàn)中重度車轍現(xiàn)象的問題，考慮到廣西高溫多雨的氣候特點(diǎn)，本研究選用粗顆粒斷級配骨架密實(shí)型級配，通過對70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青、干法SBS改性劑、新型抗車轍劑KCZ制備成四種瀝青混合料，通過車轍試驗(yàn)檢驗(yàn)其高溫穩(wěn)定性，并采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)其水穩(wěn)定性，利用不同溫度下的粘聚力和內(nèi)摩擦角評價其力學(xué)性能，以期為干法添加劑新材料在廣西普通國省干線公路瀝青路面中的推廣及應(yīng)用提供參考。

1?原材料

1.1?瀝青

試驗(yàn)采用70#A級道路石油瀝青，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

1.2?粗集料

粗集料為廣西貴港市某石場生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石1#（5～10）、2#（10～15），細(xì)集料為石灰?guī)r石屑（0～5） mm，根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（GTJ E42-2015）對試驗(yàn)采用的花崗巖集料進(jìn)行物理相關(guān)指標(biāo)試驗(yàn)，其主要技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)果如表2、表3所示。

1.3?填料

填料為白色石灰?guī)r碎石加工磨制的礦粉，其基本技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

1.4?干法添加劑

干法SBS改性劑和新型抗車轍劑KCZ均由國路高科工程技術(shù)研究院提供，其中新型抗車轍劑KCZ是一種干法SBS接枝單組份環(huán)氧的瀝青路面抗車轍改性劑新材料。

2?瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

廣西地區(qū)雨熱同期，在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時要考慮其密實(shí)防水及骨架抗力的綜合功能。結(jié)合廣西公路瀝青路面工程經(jīng)驗(yàn)采用密實(shí)型瀝青混合料AC-13，其通過率如表5所示。添加劑（新型抗車轍劑KCZ摻量占瀝青混合料質(zhì)量的1%，干法SBS改性劑占基質(zhì)瀝青的4%）以干拌法在瀝青混合料中添加，即將外加劑與熱集料于拌和鍋中攪拌90 s，以確保改性劑充分均勻裹附在集料里，而后加入預(yù)定用量的基質(zhì)瀝青攪拌90 s，再后添加礦粉再攪拌90 s，瀝青混合料拌制結(jié)束后，置于烘箱中短期老化2 h后成型相關(guān)馬歇爾試件，其不同改性劑瀝青混合料室內(nèi)拌和、老化及成型溫度控制如表6所示，相關(guān)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，其中，AC-13（基質(zhì)瀝青）表示不摻外加劑，AC-13（濕法SBS）表示采用濕法添加SBS改性劑，AC-13（干法SBS）表示采用干法添加SBS改性劑，AC-13（干法KCZ）表示采用干法添加某新型抗車轍劑。

由表 7 可知，瀝青混合料AC-13（基質(zhì)瀝青）、AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）的馬歇爾體積指標(biāo)、穩(wěn)定度和流值均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40-2004）的技術(shù)要求。相同油石比下，瀝青混合料AC-13（基質(zhì)瀝青）、AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）的空隙率分別為4.4%、4.2%、3.6%、5.2%。干法抗車轍劑KCZ瀝青混合料AC-13空隙率相對較大，毛體積相對密度較少，這與抗車轍劑KCZ全部融化且裹附在集料表面，瀝青混合料顯得更為粘稠，柔韌性相對減少，降溫速率相對更快，成型難度相對增大等相關(guān)。

3?瀝青混合料的路用性能

3.1?高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性表現(xiàn)為在長期高溫條件下抵抗外界荷載發(fā)生變形的能力，其通過車轍試驗(yàn)來評價。成型標(biāo)準(zhǔn)車轍試塊（300 mm×300 mm×50 mm），在試驗(yàn)溫度為60 ℃、膠輪碾壓荷載為0.7 MPa條件下進(jìn)行高溫抗車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

從表8可以知道：（1）AC-13（干法KCZ）在45 min、60 min變形量均小于0.3 mm，而AC-13（基質(zhì)瀝青）、AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）的60 min變形量分別為7.03、2.38、2.34 mm，AC-13（干法KCZ）的變形量明顯要小于AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（基質(zhì)瀝青）；（2）瀝青混合料AC-13（基質(zhì)瀝青）、AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）的動穩(wěn)定度分別為1 034、3 150、3 407、26 250次/mm，均滿足≥1 000次/mm的規(guī)范技術(shù)要求，且相比于AC-13（基質(zhì)瀝青），AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）的動穩(wěn)定度分別提高了204.6%、229.5%、2 412.6%，即干法摻入抗車轍劑新材料的瀝青混合料在高溫條件下表現(xiàn)出優(yōu)秀抗變形能力，進(jìn)一步提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

3.2?水穩(wěn)定性

水損害性是普通國省干線公路瀝青路面病害之一。本文通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂抗拉試驗(yàn)來評價干法抗車轍劑瀝青混合料AC-13的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗(yàn)采用兩組標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，分別置于溫度為60 ℃的恒溫水槽0.5 h、48 h進(jìn)行試驗(yàn)。凍融劈裂試驗(yàn)采用兩組雙面擊實(shí)次數(shù)為50次馬歇爾試件，首先將一組馬歇爾試件置于-18 ℃的冰箱冰凍16 h后，將其取出并放入60 ℃的恒溫水槽浸泡24 h，而后再將兩組馬歇爾試件共同浸泡于25 ℃的恒溫水槽浸泡2.5 h進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

從表9可以知道，瀝青混合料AC-13（基質(zhì)瀝青）、AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均能滿足規(guī)范技術(shù)要求，相對未摻入外加劑瀝青混合料AC-13（基質(zhì)瀝青），AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度度分別提高了19.6%、20.1%、5.8%，AC-13（濕法SBS）、AC-13（干法SBS）、AC-13（干法KCZ）瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別提高了19.4%、18.2%、8.7%。綜合上述得，且就添加外加劑瀝青混合料水穩(wěn)定性能來說，AC-13（濕法SBS）效果最好，AC-13（干法SBS）次之，AC-13（干法KCZ）最差，這主要原因?yàn)闉r青混合料AC-13（干法KCZ）孔隙率相對較低，且其更為粘稠和柔韌性低，經(jīng)過凍脹作用后，表現(xiàn)為瀝青混合料內(nèi)部受損程度更大，劈裂強(qiáng)度降低，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比相對更小。

4?瀝青混合料的力學(xué)性能

瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度可以根據(jù)其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)分為兩個方面［9-10］：（1）內(nèi)摩擦角，表現(xiàn)為集料顆粒間相互嵌擠作用；（2）粘聚力，表現(xiàn)為瀝青膠結(jié)料的黏合性能。瀝青混合料的力學(xué)性能是采用單軸試驗(yàn)試驗(yàn)并結(jié)合劈裂試驗(yàn)的組合形式分別求得單軸抗壓強(qiáng)度σ1及無側(cè)限抗拉強(qiáng)度σ3，由摩爾極限應(yīng)力圓得瀝青混合料的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ，相關(guān)公式見公式（1）、（2）、（3）。試驗(yàn)采用雙面擊實(shí)功為75次標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，溫度T分別變化為15 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃，干法瀝青混合料AC-13力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1（a）中粘聚力隨溫度變化規(guī)律可知，干法添加外加劑改性的瀝青混合料AC-13粘聚力大小不同，但其粘聚力c的變化規(guī)律均相同，即瀝青混合料AC-13粘聚力隨著溫度升高而逐漸降低。AC-13（干法SBS）的粘聚力高于AC-13（濕法KCZ）、AC-13（干法KCZ）、AC-13（基質(zhì)瀝青）。從圖1（b）內(nèi)摩擦角隨溫度變化規(guī)律可知，瀝青混合料AC-13內(nèi)摩擦角均隨溫度升高而增大，與粘聚力呈反比關(guān)系。超過50 ℃后，AC-13（基質(zhì)瀝青）的粘聚力增加幅度不大，且具有略有減少的趨勢，這主要原因基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)為50 ℃左右，此時瀝青混合料表現(xiàn)出黏彈性質(zhì)。超過50 ℃后，瀝青混合料AC-13的內(nèi)摩擦角排序?yàn)椋篈C-13（干法KCZ）＞AC-13（濕法SBS）＞AC-13（干法SBS）＞AC-13（基質(zhì)瀝青），表明干

法添加某新型抗車轍劑的瀝青混合料AC-13具有卓越的高溫穩(wěn)定性，與表8所得結(jié)論相同。

5?結(jié)語

基于廣西普通國省干線公路重載交通、長大縱坡及紅綠燈交叉口等路段瀝青路面產(chǎn)生車轍沉陷問題，通過采用在基質(zhì)瀝青混合料AC-13中干法摻入SBS改性劑和某新型抗車轍劑，并以濕法SBS改性瀝青混合料AC-13為對照組進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，評估了其水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性以及不同溫度下的力學(xué)性能，得到以下結(jié)論：

（1）在不同改性工藝下，干法SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及力學(xué)性能均優(yōu)于濕法SBS改性瀝青混合料。

（2）在相同干法改性工藝下，新型抗車轍劑KCZ瀝青混合料的高溫抗車轍變形能力優(yōu)于干法SBS改性瀝青混合料，但其抗水損害性能和力學(xué)性能則相反。

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