適用高寒高海拔地區瀝青混合料路用性能

李爾榮

摘 要：本次研究制備了兩種改性瀝青混合料，一種為橡膠粉，一種為SBS，通過與基質瀝青混合料進行實驗對比，制備適用于高寒高海拔地區瀝青混合料時，一定要考慮到瀝青混合料的抗裂性、水穩定性等優勢，施工人員一定要結合實際需求選擇適用性較強的瀝青混合料。

關鍵詞：高寒高海拔地區;瀝青混合料;抗裂性能;水穩定性;路用性能

一般情況下，高寒高海拔地區其高原氣候特征非常明顯，由于此地區常年處于低氣溫狀態，晝夜溫差非常大，一些高寒高海拔地區極端溫度甚至高達零下39℃，但是由于白天會受到較強的紫外線照射，因此對瀝青混合料的使用性能也提出了更高的要求。近年來，施工人員常采用改性瀝青混合料來提高瀝青混合料的路用性能，目前比較常用的瀝青混合料類型有橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料，下面就通過各種實驗，對基質瀝青混合料、兩種改性瀝青混合料的路用性能進行了詳細的比較分析，從而選擇出了較為合適的適用于高寒高海拔地區的瀝青混合料。

1 原材料的選擇

1.1 選擇瀝青

本次研究中選取了110號A級瀝青作為基質瀝青，由于制備SBS改性瀝青的過程比較復雜，即便是在實驗室條件下進行制備，所得到的瀝青其質量也很難得到保障，為了保證本次實驗結果的公平性及有效性，本次研究中所用的SBS改性瀝青均為所購買的成品，此成品中基質瀝青與本研究中所用的基質瀝青相同。

1.2 確定最佳油石比

通過馬歇爾實驗進一步確定瀝青混合料的最佳油石比，首先對最佳瀝青最佳摻量進行計算，由于考慮到高寒高海拔地區的特殊性，結合相關標準規范中的要求，為了較好地滿足此特殊地區對混合料性能的要求，我們適當的提高了混合料的瀝青用量，經過實驗最終確定各種瀝青混合料的油石比，即基質瀝青、橡膠粉改性瀝青、SBS改性瀝青分別為4.4%、5.0%和4.7%。

1.3 選擇混合料級配

在瀝青混合料密實度方面，AC型混合量較高，所以其低溫抗裂性、耐久性以及水穩定性均比較好，但是其高性能方面并沒有優勢;SMA型混合料由于其抗水損壞性能和高溫性能比較好，所以耐久性較強，但是7種混合料對礦料的級配、瀝青用量等因素的敏感性非常強，制配工藝比較復雜，尤其離析程序難度比較高，因此在一些高寒高海拔地區此種類型的瀝青混合料適用性比較低;OGFC混合料，由于混合料之間的嵌擠作用，使得其強度較優，水穩定性較好，但是在低溫抗裂性能方面卻非常低，實驗人員在經過多次比較后最終選擇了AC-13級配的混合料。混合料級配選擇完成后，開始三種瀝青混合料的制備。

1.4 確定實驗方案

混合料制備完成后，首先進行了彎曲破壞實驗，用每一種材料的瀝青混合料制作6根小梁，以最大彎拉應變、勁度模量等為評價指標，對混合料的低溫抗裂性能進行評價;然后采用馬歇爾試驗，以殘留強度比、殘留穩定度等為評價指標，對混合料的水穩定性進行評價;采用伺服疲勞機，以疲勞次數、荷載線性擬合的直線斜率、線性截距等為評價指標對混合料的抗疲勞性能進行評價;采用車轍實驗，以動穩定度為評價指標，對混合料的高溫穩定性進行評價。

2 瀝青混合料路用性能分析

2.1 低溫抗裂性能

本工程項目位于青海省，項目所處位置海拔為4 000 m～4 500 m，冬、夏季最低氣溫分別可達到零下30℃和0℃，可見此區域晝夜溫差較大，對瀝青混合料道路的耐久性造成了較大的影響。如果采用橡膠粉改性瀝青混合料，經過相應的計算后發現最大彎拉微應變力可達5 250 με，此微拉應變力對應的勁度模量為2 450 MPa，采用同樣的方式對SBS改性瀝青混合料最大彎拉微應變進行計算后發現，其最大彎拉應變、勁度模量分別為3 980 με和3 360 MPa，在對基質瀝青混合料最大彎拉微應變進行計算后發現，其最大彎拉應變、勁度模量分別為3 387 με和2 700 MPa。結合道路工程施工技術規范中的相關標準要求，對于一些利于高寒高海拔地區的道路工程，在使用改性瀝青混合料時，一定要將瀝青混合料的最大彎拉應變力控制在2 800 με及以上。因此，根據計算結果可發現，基質瀝青混合料和其他兩種改性瀝青混合料的最大彎拉應變指標均符合高寒高海拔地區瀝青混合料使用標準。以基質瀝青混合料為基礎，在最大彎拉應變方面，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料分別增加了55.0%和17.5%，在對應的勁度模量方面，橡膠粉改性瀝青混合料降低了9.26%，SBS改性瀝青混合料增加了24.4%，對勁度模量進行分析后發現，如果處于低溫環境下，瀝青混合料的勁度越低，其低溫抗裂性能越佳。本次研究結果發現，與基質瀝青混合料相比較而言，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS瀝青混合料，其低溫抗裂性能均出現了不同程度的升高，并且橡膠粉改性瀝青混合料的低溫抗裂性能更優。

SBS改性瀝青混合料其結構呈現為特殊的網狀型，由改性劑與瀝青共同形成的一個網狀結構，此結構中具備了拉伸變形與壓縮變形特征，這也在很大程度上提高了混合料的低溫抗裂性能及高溫抗變形性能。在橡膠粉改性瀝青中，膠粉顆粒與瀝青基體模量明顯不同，并且在低溫下，膠粉顆粒與瀝青基體模量互不相容，當基質瀝青達到極限應變時，膠粉顆粒就會發生應力集中現象，從而在橡膠粉瀝青混合料中會產生大量的銀紋和剪切帶，促進了能量的消耗。一些體積比較大的橡膠粒子較好的促進了銀紋的生長，同時還有效的避免了銀紋在生長過程中斷裂情況的出現，進而延緩了破壞性裂紋的發生發展，有效的改善了瀝青混合料的柔韌性。

2.2 水穩定性能

本工程項目所處區域過去的5年平均降水天氣高達47%，年降水量高達550 mm左右，所以對瀝青混合料的水穩定性進行評價是非常重要的。在殘留強度比方面，與基質瀝青混合料相比較而言，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料分別降低3.8%和2.1%，而在殘留穩定度方面，橡膠粉改性瀝青混合料升高0.5%，而SBS改性瀝青混合料降低1.9%，我國相應的規范標準當中要求濕潤地區改性瀝青混合料的殘留強度比不得低于80%，殘留穩定度不得低于85%，對此進行分析后發現，橡膠粉改性瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料殘留強度比、殘留穩定度均滿足要求。但是由于高寒高海拔地區凍融循環比較頻繁，采用凍融劈裂強度試驗，其結果與高寒高海拔地區改性瀝青混合料的路用性能需求更加符合。所以在綜合各方面的因素后認為，與橡膠粉改性瀝青混合料的水穩定性能相比較而言，SBS改性瀝青混合料更佳。

2.3 抗疲勞性能

在抗疲勞性能測試方面，采用了小梁試驗，通過擬合疲勞次數與荷載，結果發現，橡膠粉改性瀝青混合料與基質瀝青混合料的n值相差0.6，SBS改性瀝青混合料只相差0.1，前者敏感程度變化更大。也提示，如果荷載作用相同，SBS改性瀝青混合料所承受的破壞次數更多，其疲勞壽命更長。

2.4 高溫穩定性能

在對三種瀝青混合料進行車轍試驗后發現，基質瀝青混合料、橡膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的動穩定度分別為730次/mm、2 190次/mm和2 450次/mm，與基質瀝青混合料相比較，橡膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的動穩定性分別提高了200%和235.6%，由此可見，兩種改性瀝青混合料高溫性能改善效果均非常明顯，得出SBS瀝青混合料的高溫穩定性能更佳。

3 結束語

總之，在高寒高海拔地區，與基質瀝青混合料的路用性能相比較而言，改性瀝青混合料更佳，并且橡膠粉改性瀝青混合料最大彎拉應變力提升，勁度模量降低，尤其低溫抗裂性能更優，SBS改性瀝青混合料殘留強度比、殘留穩定度降低，尤其水穩定性更優，疲勞壽命更長。高寒高海拔地區溫度較低，研究人員可以將一些高溫指標作為選擇合理瀝青混合料種類的因素。

參考文獻：

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