瀝青混合料高溫穩定性評價方法研究

李春梅 商丘市東方工程監理有限公司

一、瀝青混合料車轍試驗結果

作為一種粘彈性材料，影響瀝青混合料力學性能的因素很多。在溫度變化過程中，瀝青混合料強度也將發生改變，因此，在瀝青混合料高溫性能評價時選用哪一類指標極為關鍵。目前，在瀝青混合料高溫性能評價中，多以基于車轍試驗的動穩定度為準，在試驗中，采用了兩種瀝青混合料級配、兩種瀝青混合料及兩種試驗方法。具體條件如表1 所示。

經試驗分析，可得試驗結果如下：

本試驗共選擇3 個試件，試件A、試件B、試件C，主要測試內容包括車轍深度、DS 值、d60-d45 三項，具體試驗結果如下：

1.Superpave-13 基質瀝青混合料車轍試驗結果

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為2.652～2.686mm，平均值為2.670mm；DS 值范圍為2025.7～2120 次/mm，平均值為2081.9 次/mm；d60-d45 范圍為0.300～0.311mm，平均值為0.303mm。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，根據實際情況所得試驗結果如下：車轍深度范圍為9.471～9.775mm，平均值為9.601mm；DS值范圍為504.8～530.7 次/mm，平均值為517.9次/mm；d60-d45 范圍為1.216～1.292mm，平均值為1.252mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為16.961～17.230mm，平均值為16.963mm；DS 值范圍為316.00～336.10 次/mm，平均值為327.20次/mm；d60-d45 范圍為1.874～1.994mm，平均值為1.927mm。

2. Superpave-13 SBS 改性瀝青混合料車轍試驗結果

在試驗溫度45℃、60℃、70℃條件下，Superpave-13 SBS 改性瀝青混合料中三個試件所得結果如下：

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為1.256～1.336mm，平均值為1.290mm；DS 值范圍為6168～9852 次/mm，平均值為7698.3 次/mm；d60-d45 范圍為0.065～0.103mm，平均值為0.085m。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為1.644～1.823mm，平均值為1.739mm；DS 值范圍為4286～8402 次/mm，平均值為5739.4 次/mm；d60-d45 范圍為0.075～0.147mm，平均值為0.120mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為3.347～3.681mm，平均值為3.515mm；DS 值范圍為1994～2491 次/mm，平均值為2144.7 次/mm；d60-d45 范圍為0.316～0.323mm，平均值為0.319mm。

3. SMA-13 SBS 改性瀝青混合料車轍試驗結果

在試驗溫度45℃、60℃、70℃條件下，SMA-13 SBS 改性瀝青混合料中三個試件所得結果如下：

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為1.366～1.464mm，平均值為1.410mm；DS 值范圍為7875.8～9844.0 次/mm，平 均 值 為8598.9次/mm；d60-d45 范圍為0.064～0.080mm，平均值為0.074m。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為1.583～1.712mm，平均值為1.646mm；DS 值范圍為5000～9000 次/mm，平均值為6949.3 次/mm；d60-d45 范圍為0.070～0.126mm，平均值為0.096mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結果如下：車轍深度范圍為2.435 ～3.322mm，平均值為2.962mm；DS 值范圍為2715.5～3795.1 次/mm，平均值為3095.3次/mm；d60-d45 范 圍 為0.166～0.232mm，平均值為0.208mm。

表1 瀝青混合料車轍試驗具體條件

二、瀝青混合料級配對車轍各項參數的影響

在瀝青混合料高溫穩定性評價中，不同因素對其影響有所不同。本文通過對比分析不同瀝青混合料級配條件下對車轍數據的影響情況進行探討。

1.在試驗溫度為45℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數指標中車轍深度為其1.09 倍，DS 值 為 其1.12 倍，d60-d45 值 為其0.87 倍。

2.試驗溫度為60℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數指標中d60-d45 值為其0.8 倍，車轍深度為其0.95 倍，DS 值為其1.21 倍。

3.在試驗溫度為70℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數指標中車轍深度為其0.84 倍，DS 值 為 其1.44 倍，d60-d45 值 為其0.65 倍。

由此可見，在溫度變化過程中，SMA-13 改性瀝青混合料的穩定性更好。

三、瀝青類型對車轍各項參數的影響

瀝青混合料用于抵抗外部壓力的能力主要來自瀝青粘度、混合料集料之間的摩阻力。于瀝青混合料抗車轍性能而言，瀝青粘度具有較大影響。據安德拉得相關理論研究可知，粘度和溫度關系密切，隨著溫度升高，瀝青粘度將隨之降低，兩者為負相關。此外，粘度與材料狀態的活化能也存在一定關聯性，隨著活化能增長，粘度也將隨之增加，與此同時，隨著溫度升高，活化能將隨之下降。因此，瀝青類型不同，在溫度不同的條件下，瀝青混合料的車轍發展情況也會存在一定區別。

在此因素分析中，研究對比對象為Superpave-13 基質瀝青混合料和Superpave-13改性瀝青混合料，在不同試驗溫度條件下，圖1、圖2 為上述兩類瀝青混合料的車轍深度、DS 值變化情況。

由此可見，隨著溫度升高，兩種瀝青混合料車轍深度均有所增加。其中基質瀝青混合料車轍深度更大。在60℃時，基質瀝青混合料車轍深度增加明顯，且呈現出快速發展趨勢。相比之下，在70℃時，改性瀝青混合料才開始出現明顯變化。說明，在高溫條件下，改性瀝青混合料的高溫穩定性更好。

由圖2 可知，不同溫度條件下，基質瀝青混合料的DS 值也有所不同，呈逐步下降趨勢。60℃條件下，45℃條件下的DS 值為其4.02 倍；70℃條件下，60℃條件下的DS值為其1.58 倍。改性瀝青混合料DS 值同樣呈下降趨勢，其中60℃條件下，45℃條件下的DS 值為其1.34 倍；70℃條件下，60℃條件下DS 值為其2.68 倍。相比之下，基質瀝青混合料DS 值變化是從60℃開始，且變化顯著。而改性瀝青混合料DS 值則是從70℃開始明顯變化，相比之下，改性瀝青混合料高溫穩定性更好。

圖1 不同溫度下兩類瀝青混合料的車轍深度變化（mm）

圖2 不同溫度下兩類瀝青混合料的DS 值變化（單位：次/mm）

四、浸水車轍試驗下瀝青混合料車轍各類指標變化

夏季高溫炎熱，將會引發瀝青路面車轍病害，在溫度的作用下，瀝青混合料剛度將隨之下降，同時也會大大減弱瀝青混合料的抗車轍能力。在我國南北方很多地區均存在雨熱同期現象，若在“高溫+雨水”共同作用下，產生車轍的可能性將會更大。基于此，本文提出了浸水車轍試驗方案，通過此試驗了解不同溫度下瀝青混合料的各類性能變化情況。本試驗研究對象為Superpave-13 改性瀝青混合料，分別對比45℃、60℃浸水與非浸水條件下的情況。試驗中同樣選擇3 個試件進行分析，測定內容為車轍深度與DS值，試驗結果如下：

1. 45℃條件下，3 個試件非浸水車轍深度平均值為1.290mm，浸水車轍深度平均值為1.461mm；非浸水DS 值平均值為7698.3 次/mm，浸水DS 值平均值為7723.3 次/mm。

2. 60℃條件下，3 個試件非浸水車轍深度平均值為1.739mm，浸水車轍深度平均值為2.856 mm；非浸水DS 值平均值為5739.4 次/mm，浸水DS 值平均值為2657.7次/mm。

由此可見，在45 ℃條件下，車轍深度和DS 值方面，浸水與非浸水狀態下Superpave-13 改性瀝青混合料的試驗結果差別較小。但是60℃條件下，浸水和非浸水狀態下，Superpave-13 改性瀝青混合料的試驗結果變化明顯，說明隨著溫度升高，在高溫和水的共同作用下，將進一步加劇瀝青混合料車轍病害程度。

五、結束語

綜上所述，通過對不同因素在瀝青混合料高溫穩定性評價中的影響研究，可得以下結論：

（1）在溫度變化過程中，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的穩定性更好。

（2）在瀝青混合料高溫性能分析中，瀝青粘度、高溫環境均會產生不同程度的影響，其中瀝青粘度影響較大。瀝青類型不同，相比基質瀝青，改性瀝青混合料高溫穩定性更好。

（3）當溫度偏低的情況下，于瀝青混合料車轍產生而言，水的影響作用不大，若溫度升高，在高溫和水的共同作用下，將進一步加劇瀝青混合料車轍病害程度。說明伴隨溫度變化，水對瀝青混合料的高溫穩定性影響程度也將發生改變，高溫作用下，影響程度更高。