市政道路PE改性瀝青混合料路用性能分析研究

陳江偉,張中新,胡 健,周 賢

(中國建筑第七工程有限公司,河南 鄭州 450000)

隨著我國經濟社會的不斷發展,人們逐漸將車輛作為主要代步工具,代替傳統的步行方式,因此,針對各個地區進行市政道路的修補與擴建與日俱增。市政道路進行修建過程中,瀝青混合料是主要材料。研究表明,該材料易受環境的影響造成市政道路出現不同程度的損害,延長路面的使用壽命是當下亟待解決的問題。為此,眾多學者針對路面的結構、材料等方面進行研究,通過研究發現,將PE改性劑摻入瀝青混合料中可有效解決該問題,但摻量過多可削弱材料的穩定性,基于此,本文針對改性劑的摻量進行主要研究。

1 PE改性瀝青混合料的配比設計

1.1 材料選擇

瀝青混合料主要由礦料和瀝青結合料通過拌和程序,最終形成一種內部不完全均勻的材料。針對瀝青混合料進行配比設計過程中,選擇PE改性瀝青作為主要原材料,而集料主要采用石灰巖,級配選用AC-16。混合料的各項指標均在正常范圍內[1]。

1.2 再生方案設計

為促進PE改性瀝青混合料的再生,針對老化后的混合料設計出再生方案：在舊料的基礎上摻入新料,向拌和好的材料中加入再生劑,使其恢復到規范所規定的下限值。該方案中采用的舊料為長期老化后的混合料,再生劑為OP-1100（其比例占舊瀝青質量的20%左右）,新混合料為道路A級70號瀝青混合料,針對新混合料和舊混合料進行配比過程中,其質量的比值為15：85,而再生劑與舊瀝青混合料的質量比為1：100,AC-16級配曲線如圖1所示[2]。

圖1 AC-16級配曲線Fig. 1 AC-16 grading curve

2 PE改性瀝青性能試驗研究

在改性瀝青性能試驗過程中主要選取5種不同摻量的PE改性劑,并將PE改性劑摻入基質瀝青中,而PE改性劑的摻量分別為0%、1.5%、3%、4.5%、6%。可通過針入度、軟化點、黏度等指標進行研究,在材料選擇方面,PE改性劑材料型號為PEⅢ-B,而瀝青將選用普通的70#基質瀝青,70#基質瀝青性能技術指標見表1[3]。

表1 70#基質瀝青性能技術指標Table 1 Technical indexes of matrix asphalt 70 #

PE改性瀝青制備過程：首先將基質瀝青在120℃的烘箱中進行加熱,將加熱完畢的基質瀝青倒入高速剪切儀器中進行剪切攪拌,在其中加入PE改性劑,使其形成PE改性瀝青,改性瀝青制備完成后,將其置于135℃的烘箱中靜置30min。針對PE改性的瀝青性能進行相關測試,測試結果見表2[4]。

表2 PE改性瀝青性能測試結果Table 2 Test results of PE modified asphalt performance

從表2中的測試結果可觀察到,改性瀝青的性能隨PE改性劑摻量的變化而變化,PE改性瀝青技術指標隨PE改性劑摻量變化規律如圖2所示。

圖2 PE改性瀝青技術指標隨參量變化規律Fig.2 The technical indicators of PE modifi ed asphalt change with the parameters

由圖2中可看出,隨著改性劑的不斷增長,軟化點和黏度也處于不斷增長狀態,但在PE改性劑過量的情況下,可造成瀝青混合料的性能提升速率減慢。通過研究發現,PE改性瀝青的制備方法為濕法,而路面在施工過程中主要應用直投式干法,與實際情況存在較大差異。為此,針對PE改性劑加入瀝青混合料中,對于瀝青混合料性能產生的影響進一步分析[5]。

3 PE改性瀝青混合料路用性能分析

3.1 高溫穩定性

傳統瀝青混合料的油脂組分易在高溫環境下發生變形和遷移,造成瀝青混合料內部結構出現不穩定現象,該現象可直接使路面出現車轍、泛油等情況的發生。為此,本文針對PE改性瀝青混合料的性能進行深入研究,試驗結果顯示,隨著改性劑摻量的逐漸增加,瀝青混合料的總變形與改性劑摻量呈反比變化。通過分析可知,改性劑對于瀝青混合料的高溫穩定性具有控制作用,但并非高溫穩定性越高,該材料的性能就越好,應結合多方面指標共同考量,總變形-PE改性劑摻量如圖3所示[6]。

圖3 總變形-PE改性劑摻量變化曲線Fig.3 Total deformation-PE modifier content change curve

3.2 水穩定性

通過瀝青混合料的水穩定性程度,可判斷出瀝青混合料在水損傷的情況下,性能是否隨著水穩定性的受損而出現結構改變,以此判斷該材料的優劣,其中水損傷主要包括雨水的沖刷浸潤、低溫環境下造成的凍融現象等情況。采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗進行研究,試驗結果表明,該材料具有良好的水穩定性,但是若改性劑出現過量情況,可造成材料的穩定性處于不平衡狀態[7]。

3.3 低溫抗裂性

通過研究表明,瀝青混合料在外界溫度強烈刺激下,可造成材料自身的拉伸強度小于溫度應力,從而導致瀝青混合料出現裂縫。采用小梁低溫彎曲試驗針對瀝青混合料的低溫抗裂性進行研究,試驗結果表明改性劑可有效增強材料的抗開裂能力,其根本原因是PE改性劑內的彈性組分與瀝青混合料充分融合后,可抵擋瀝青混合料在低溫狀態下出現變形,并且在一定程度上可提升該材料的路用性能,但PE改性劑的摻量應嚴格把控,防止改性劑過多而削弱材料的性能。

3.4 PE改性劑無量綱化摻量比選

通過上述研究表明,PE改性劑可有效彌補瀝青混合料存在的缺陷,但改性劑的摻量過多時,可削弱材料的性能。針對PE改性劑進行無量綱化評價模型建立,無量綱化PE改性劑摻量優選見表3[8]。

表3 無量綱化PE改性劑摻量優選Table 3 The dosage of no dimensioned PE modifier is preferred

為針對無量綱化評價模型中存在的技術指標進行排列,將其賦予一定權重,動穩定度、殘留穩定度、熔融劈裂強度比、破壞應變的權重幅值分別是1/3、1/6、1/6、1/3,將權重幅值與權重進行成績計算,并結合市政道路的實際施工狀況,最終將PE改性劑的摻量定為4.5%,該摻量下的改性劑可有效保證瀝青混合料的基本性能,可將其應用于實際施工。

4 結束語

PE改性劑屬于一種低成本、高性能的路面材料添加劑。通過研究表明,PE改性劑可有效彌補瀝青混合料存在的缺陷問題,并具有一定改善作用,但PE改性劑摻量超出閾值,可削弱材料的穩定性,通過計算和試驗,最終將改性劑的摻量定為4.5%,該摻量下的材料具有較長的使用壽命,可應用于路面施工建設中。