復合改性瀝青混合料疲勞耐久性的試驗研究

芮遨宇 程 鵬 張 騰 葉文彬 陳 越 張海濤

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

1 概述

改性瀝青混合料可以提高瀝青路面的高低溫性能，從而改善行車條件及延長瀝青路面使用年限。目前，對改性瀝青混合料的研究主要集中在如何提高混合料的力學性能，而對疲勞耐久性研究較少。隨著使用年限的增加，瀝青路面將產生不同種類、不同形式的損害，因此，在改性瀝青混合料的基礎上，如何提高瀝青混合料的耐久性是主要的研究方向。

現有的單一改性瀝青(例如SBS改性劑)雖然對瀝青混合料的高低溫性能具有一定的提高，但是隨著瀝青路面使用年限的增加及環境的影響，單一改性瀝青混合料的力學性能及耐久性就稍顯不足。因此，本研究采用SBS，SBR，橡膠粉三種改性劑組成復合改性劑，設計三種復合改性瀝青進行試驗研究，從而組成三種復合改性瀝青混合料。以三種復合改性瀝青混合料為研究對象，對其疲勞耐久性進行對比分析，探究不同復合改性瀝青混合料力學性能的變化規律。研究結果對瀝青混合料耐久性的研究具有一定的理論與實用價值。

2 試驗材料與方案

2.1 試驗材料

1)瀝青。

試驗選用90號瀝青，其技術指標如表1所示。

表1 天然瀝青技術指標

2)改性劑。

試驗選用SBS，SBR和橡膠改性劑(如圖1所示)，其技術指標如表2所示。

圖1 改性劑類型

表2 改性劑的技術指標

3)復合改性瀝青。

設計三種(4%SBS/3%SBR，4%SBS/15%橡膠，4%SBR/15%橡膠)復合改性瀝青，其技術指標如表3所示。

表3 復合改性瀝青技術指標

4)集料。

試驗采用瀝青混合料AC-13，集料級配設計如表4所示。

2.2 復合改性瀝青混合料的設計

表4 瀝青混合料配合比設計

根據上面的數據設計復合改性瀝青混合料(AC-13)，采用馬歇爾設計法確定最佳瀝青用量為5.6%。

2.3 試驗方法

利用改裝的車轍試驗設備，對復合改性瀝青混合料的疲勞耐久性進行對比研究。通過控制(200με，400με，600με)三種應變，以不同混合料的疲勞壽命為指標，對不同復合改性瀝青混合料的固有性能、改善性能及綜合性能的變化規律進行對比分析。

3 復合改性瀝青混合料疲勞耐久性的對比分析

3.1 4%SBS/3%SBR瀝青混合料疲勞耐久性

不同應變的4%SBS/3%SBR瀝青混合料的疲勞耐久性試驗結果如表5所示，可以看出:

1)隨著lgε的增加，lg Nf逐漸減小，即隨著應變的增加，4%SBS/3%SBR瀝青混合料疲勞壽命降低，說明在大應變下，瀝青混合料更容易產生破壞。

2)隨著lgε的增加，4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能優于改善性能。4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

表5 4%SBS/3%SBR瀝青混合料的疲勞耐久性試驗結果

3.2 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性

不同應變的4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗結果如表6所示。可以看出，隨著lgε的增加，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能優于改善性能。4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

表6 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性試驗結果

3.3 4%SBR/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性

不同應變的4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗結果如表7所示。可以看出，隨著lgε的增加，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能優于改善性能。4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

表7 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗結果

3.4 不同瀝青混合料疲勞耐久性的對比分析

不同應變的三種瀝青混合料綜合性能與改善性能的疲勞耐久性試驗結果如表8所示。

表8 不同瀝青混合料綜合性能與改善性能疲勞耐久性試驗結果

從表8中可以得出以下結論:隨著應變的變化，說明4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性最佳，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料次之，4%SBS/3%SBR瀝青混合料最差。在疲勞敏感度方面，說明4%SBR/15%Rubber瀝青混合料對應力水平變化最敏感，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料次之，4%SBS/3%SBR瀝青混合料最差。在疲勞耐久性方面，說明4%SBS/3%SBR綜合性能的變化過程與固有性能最相近，而4%SBR/15%Rubber綜合性能變化過程與固有性能相差最遠。

4 結語

1)復合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的對比試驗結果表明:

對于4%SBS/3%SBR瀝青混合料，固有性能優于改善性能。同時，固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

對于4%SBS/15%Rubber瀝青混合料，固有性能優于改善性能。同時，固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

對于4%SBR/15%Rubber瀝青混合料，固有性能優于改善性能。同時，固有性能的疲勞壽命對水平應力變化敏感度大于改善性能。

2)復合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的試驗結果表明:

4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性最佳，4%SBS/3%SBR瀝青混合料次之，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料最差。

3)復合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的試驗結果表明:

4%SBS/3%SBR綜合性能的變化過程與固有性能最相近，4%SBR/15%Rubber綜合性能變化過程與固有性能相差最遠。