蒙脫土對瀝青混合料路用性能的影響研究

葉 真

（山西職業技術學院，山西 太原 030006）

為克服路面材料受到光照、雨水、氧氣以及荷載等綜合作用致使路面材料性能嚴重衰減的問題，聚合物改性瀝青材料越來越多地運用到路面中[1]。相比于普通瀝青混合料路面性能，聚合物改性瀝青路面能夠承受更重的荷載，具有更好的高溫穩定性能，很大程度上提高了瀝青路面的質量。雖然聚合物改性瀝青能夠很大程度上提高瀝青混合料的各方面性能，但也存在許多不足之處：聚合物材料比較昂貴，易老化，易離析[2-3]，這些都極大地限制了聚合物改性瀝青的應用范圍。而非聚合物改性瀝青例如硅藻土、蒙脫土改性瀝青越來越得到學者們的關注[4]。目前，很多學者已經開始了蒙脫土改性瀝青的研究。比如長安大學的吁新華[5]，研究了蒙脫土改性瀝青混合料施工技術；武漢理工大學的李斌[6]研究了蒙脫土的改性機理等。但對不同基質瀝青的改性效果以及蒙脫土摻量對瀝青混合料影響的相關研究較少。為對蒙脫土改性瀝青路面提供較優的改性材料使用方案，結合國內3種常用的基質瀝青，分別采用浸水Marshall試驗、車轍試驗和疲勞試驗等室內試驗確定蒙脫土摻量對瀝青混合料性能的影響，為工程應用提供參考。

1 原材料

1.1 蒙脫土

蒙脫土為主要非聚合物改性劑，其主要檢測指標結果見表1。

表1 蒙脫土檢測指標

1.2 基質瀝青

研究采用的3種基質瀝青分別為70號、90號和110號，均為A級基質瀝青。相應的技術指標分別見表2 ～表4。

表2 70號A級基質瀝青檢測結果

表3 90號A級基質瀝青檢測結果

表4 110號A級基質瀝青檢測結果

1.3 集料與礦粉

表5為集料和礦粉技術性能檢測結果表。表6為采用的級配。

表5 集料與礦粉檢測結果

表6 AC-20C集料級配

2 試驗方案

2.1 制備蒙脫土改性瀝青

本試驗采用的瀝青材料為國內常用的70號、90號和110號A級道路石油瀝青。將基質瀝青放入160℃的烘箱中加熱40 min，至流動狀態，然后將試驗比例的蒙脫土材料放入瀝青中。機械攪拌約15 min，然后用高速剪切機，以4 000 r/min的速度剪切20 min，隨后將高速剪切后的瀝青放進超聲波分散儀下，進行時間約為25 min的超聲波震蕩融合，最后制得蒙脫土改性瀝青。

2.2 制備蒙脫土改性瀝青混合料試件及測試

油石比統一采用經驗值5.1%。為了研究蒙脫土摻量對瀝青混合料利用性能的影響，結合規范要求[7]，需要進行浸水Marshall試驗、車轍試驗和疲勞試驗等室內試驗，分別以蒙脫土改性瀝青混合料試件的殘留穩定度、動穩定度和疲勞壽命作為評價指標。具體試驗方案流程見圖1。

圖1 方案流程圖

3 試驗結果及分析

3.1 水穩定性試驗結果與分析

按照規范[7]要求，進行浸水Marshall試驗測試試件的穩定度，對比研究蒙脫土改性材料在不同添加劑量條件下，對3種基質瀝青混合料的水穩定性能作用效果。試驗結果如表7所示。

由表7可得，不同類型的試件殘留穩定度，都符合規范要求（大于等于85%）。經蒙脫土改性的試件，其殘留穩定度均有不同程度的提高，說明蒙脫土改性材料可以促進基質瀝青試件的水穩定性。添加蒙脫土70號瀝青混合料，在摻量從3%增加到4%時，其殘留穩定度增長率從3.0%減少到0.1%，后續摻量的繼續增加并不會使殘留穩定度顯著提高，由此可見較佳摻量宜為3%；添加蒙脫土90號瀝青混合料，在添加劑量由4%增加到5%時，其殘留穩定度增長率由2.4%減少到0.1%，可見最佳摻量為4%時；添加蒙脫土的110號瀝青混合料，在添加劑量從3%增加到4%時，其殘留穩定度增長率從2.7%下降到0.2%，可見最佳摻量為3%時。

總體而言，不同類型的瀝青混合料試件的殘留穩定度與蒙脫土摻量上呈現出正相關關系，在達到一定劑量時，其試件的殘留穩定度提升速率突然下降，即蒙脫土對上述瀝青混合料水穩定性能的改善存在較佳摻量。

3.2 高溫穩定性試驗結果與分析

通過車轍試驗對比研究在不同添加劑量條件下，蒙脫土對3種基質瀝青混合料試件的動穩定度影響效果。動穩定度檢測結果如表8所示。

表8 試件動穩定度試驗結果

由表8可知，不同類型的瀝青混合料試件的動穩定度都可以滿足規范要求（大于等于800次/mm）。添加蒙脫土70號瀝青混合料，在摻量由4%增加到5%時，其動穩定度增長率由7.7%減少到接近于0，所以70號瀝青混合料蒙脫土添加劑量為4%時，其試件高溫性能達到較優效果；添加蒙脫土90號瀝青混合料，在摻量由3%增加到4%時，其動穩定度增長率由9.9%減少到接近于0，所以90號瀝青混合料蒙脫土添加劑量為3%時，其試件高溫性能達到較優效果；添加蒙脫土110號瀝青混合料，在摻量由3%增加到4%時，其動穩定度增長率由14.2%減少到接近于0，所以110號瀝青混合料蒙脫土添加劑量為3%時，其試件高溫性能達到較優效果。

本試驗所研究的3種蒙脫土改性瀝青混合料試件的高溫性能與蒙脫土摻量呈現出正相關關系，但在達到一定劑量時，其試件的動穩定度提升速率突然下降，即蒙脫土對上述瀝青混合料動穩定度的改善亦存在較佳摻量。

3.3 抗疲勞性試驗結果與分析

采用小梁彎曲疲勞試驗，每組試驗的平行試件為4個，有效試件的個數不能小于3個，取其均值作為最終結果。試驗采用的應力比（疲勞應力/破壞強度）為0.4，采用四分點加載，試驗溫度為20℃。疲勞壽命（加載次數）如表9所示。

由表9可知，試件的疲勞壽命均有不同程度的提高，說明蒙脫土改性材料能夠提高基質瀝青混合料的抗疲勞特性。對于70號瀝青混合料，在蒙脫土摻量為3%、4%時，其疲勞壽命增長率分別為14.4%、1.1%，可見在添加劑量為3%時，其抗疲勞性能達到較優效果。對于90號瀝青混合料，在蒙脫土摻量為3%、4%時，其疲勞壽命增長率分別為18.7%、0.5%，可見在添加劑量為3%時，其抗疲勞性能達到較優效果。添加蒙脫土110號瀝青混合料，在添加劑量為4%、5%時，其疲勞壽命增長率分別為13.3%、0.6%，可見摻量為4%時，其抗疲勞性能達到較優效果。

表9 試件抗疲勞試驗結果

上述3種蒙脫土瀝青混合料試件的抗疲勞性能均隨著蒙脫土添加劑量的增加而升高。在達到一定劑量時，疲勞壽命提高速率突然放緩，即蒙脫土對上述瀝青混合料抗疲勞性能的改善亦存在較佳摻量。

4 結語

a）適量的蒙脫土能夠提高3種瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定性和抗疲勞特性。

b）蒙脫土對瀝青混合料性能的提升存在較佳摻量。殘留穩定度推薦的是添加4%蒙脫土的90號瀝青混合料，達97.2%，其水穩定性能較優。添加4%蒙脫土的70號瀝青混合料，其動穩定度為1 926次/mm，在3組瀝青混合料中，其高溫穩定性較優。疲勞壽命較佳的是添加4%蒙脫土的110號瀝青混合料，抗疲勞性能相對最優。