改性彩色瀝青與SBS改性瀝青混合料性能探討

王文利,張 涵

(1.黑龍江省公路科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080;2.中交第二航務局有限公司第五工程分公司,湖北 武漢 430000)

1 彩色瀝青膠結料的要求

彩色瀝青膠結料的選取也應依據工程地處的區域特征，結合前面的研究成果，采用我省的彩色瀝青膠結料的具體要求按表1實行，此項要求滿足且優于《彩色瀝青混凝土》GB/T 32984-2016中的規定，適合我省高緯度、嚴寒地區使用。

2 混合料級配的選擇

2.1 設計依據

根據國家交通部頒布的最新瀝青路面相關標準、規范：《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004、《彩色瀝青混凝土》GB/T32984-2016及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTG E20-2011進行本工程瀝青混合料組成設計。

2.2 級配曲線設計原則

(1)以黑龍江省調整型AC-16級配范圍為基礎，滿足我國現行AC-16型的級配范圍；

(2)考慮美國Superpave的范圍及限制區；

(3)滿足符合依托工程設計級配范圍；

(4)滿足馬歇爾試驗的各項技術指標的要求；

(5)施工控制的波動性；

(6)彩色瀝青路面外觀密實、不透水，兼顧高溫穩定性、低溫穩定性、水穩定性等性能；

(7)便于攤鋪(離析現象小)，碾壓(不產生過大的推擠)；

(8)經濟合理。

為了使級配曲線的設計合理，課題組進行多組調配，設計了上限、中線、下限的三條級配曲線，級配及級配曲線圖見表2，圖1。

圖1 三種組配曲線圖對比

3 配合比的確定

根據多次篩選對比，最終確定這三條級配曲線為研究曲線，進行混合料馬歇爾試驗，確定最佳的級配曲線與最佳瀝青用量，此配合比為基礎配合比，后續進行色粉用量的研究。

我們根據以往的實際施工經驗和最近時期內該類型混合料的瀝青用量，采用了預估最佳瀝青用量的方法，做了瀝青用量為4.8%的三種級配曲線的馬歇爾試驗，因其有代表性，可以將試驗結果進行有效對比，所以可以用作選取最優級配曲線的方法。試驗結果見表3。

表3 三種級配馬歇爾試驗結果

根據試驗結果我們可以看出，采用中線級配的瀝青混合料在密度、孔隙率、飽和度、穩定度、流值等各方面指標上均優于其他二種級配，所以我們選取了中線級配作為后續試驗的最終級配。

根據馬歇爾穩定度試驗結果，繪制穩定度、流值、空隙率、飽和度與油石比的關系曲線，根據最佳瀝青用量計算，取用油石比為5.0%。換算成最佳瀝青用量為4.8%。當采用最佳瀝青用量為4.8%和級配曲線中線時，馬歇爾穩定度各項試驗數據均滿足設計和規范要求，故本課題采用此配合比為基礎配合比。

在基礎配合比的基礎上，課題組采用多種比例的色粉進行了試拌，根據試拌后的顏色，最終確定色粉的用量比例為2.2%，礦粉為3.5%，此時的顏色滿足要求，最終配合比設計各種材料摻配比例見表3。采用此配合比進行馬歇爾試驗，其馬歇爾實驗結果見表4，滿足《彩色瀝青混凝土》GB/T32984-2016和《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004技術要求。

表4 AC-16彩色瀝青混合料配合比

4 彩色瀝青混合料技術性能的研究

4.1 彩色瀝青高溫穩定性研究

隨著現代化交通量的不斷增大，車輛行駛的渠化，瀝青路面的車轍破壞越來越嚴重，它使路表過量變形，影響路面平整度，車轍是瀝青路面最主要的破壞形式之一因此，研究彩色瀝青的高溫穩定性是有必要的。

本課題采用JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中T0703-2011瀝青混合料試件制作方法(輪碾法)，根據馬歇爾試驗結果，制作瀝青混合料輪轍試驗試件，試件規格尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。室溫下放置48 h后進行車轍試驗。試驗結果如表5。

表5 二種試件車轍試驗結果

圖2 動穩定度數據對比

結合軟化點試驗結果與車轍試驗研究對比：在均為改性瀝青的條件下，彩色瀝青混合料的動穩定度比SBS改性瀝青混合料略低，兩者動穩定度數值相差不大，彩色瀝青混合料比SBS改性瀝青低7.7%。

4.2 彩色瀝青低溫穩定性研究

瀝青路面低溫開裂是路面的主要病害之一，是各國道路界普遍關心的問題。它的產生不僅破壞了路面的連續性、整體性，而且通過裂縫水會不斷進入面層的結構、基層甚至路基，在荷載的作用下產生水損害，導致路面承載力的下降，需要對彩色瀝青混合料的低溫抗裂性能進行研究。

瀝青混合料的低溫抗裂性能主要取決于混合料的強度和變形能力，抗裂性能高的混合料一定具有較高的強度和較大的變形能力。因此，課題組采用低溫彎曲試驗及應變來評價瀝青混合料的低溫抗裂性，用這兩項指標來評價彩色瀝青混合料的低溫性能。

表6 兩種混合料低溫抗裂性能試驗

圖4 極限彎拉強度與彎曲勁度模量對比

通過低溫抗裂性能研究，彩色瀝青的彎拉應變與SBS改性瀝青相比，①在彎拉強度方面，SBS改性瀝青優于彩色瀝青；②在破壞彎拉應變方面，兩者基本一致；③彎曲勁度模量反映了材料的剛度，在某種意義上來說，采用該值可以表征在低溫時，瀝青混合料能夠發生開裂損壞的難易程度。一般情況下勁度模量大的瀝青路面在低溫條件下抗變形能力低，脆性變大，易引起混合料的開裂破壞。從彎曲勁度模量來看，彩色瀝青優于SBS改性瀝青。

4.3 彩色瀝青水穩定性能研究

水損害是瀝青路面破壞的一種重要形式，是路面早期破壞的重要原因之一。它是指瀝青路面在水或凍融循環的作用下，由于汽車車輪動態荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘附力，瀝青膜從石料表面脫落剝離，瀝青混合料掉粒、松散、繼而形成瀝青路面的坑槽、推擠變形等的損壞現象。

本研究采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗兩種方法來研究彩色瀝青混合料的水穩定性能，同時與SBS改性瀝青進行比較，試驗數據見表7、表8。

表7 兩種瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果對比

表8 兩種混合料凍融劈裂試驗結果對比

通過水穩定性試驗對比研究可知：(1)殘留穩定度MS0彩色瀝青比SBS改性瀝青低1.9%；(2)凍融劈裂抗拉強度比TSR彩色瀝青比SBS改性瀝青低1.7%，總體評價為：SBS改性瀝青水穩定性優于彩色瀝青混合料。

通過對改性彩色瀝青與SBS改性瀝青的高溫穩定性、低溫穩定性能、水穩定性能的對比研究，在瀝青用量一致的情況下，摻加一定用量的色粉代替礦粉后，其高溫穩定性能、水穩定性能SBS改性瀝青優于彩色瀝青混合料；低溫穩定性能中極限彎拉強度SBS改性瀝青優于彩色瀝青混合料，從彎曲勁度模量來看，彩色瀝青優于SBS改性瀝青。