用于坑槽修補(bǔ)自流平瀝青混合料路用性能研究

陳 曙，鐘皓白，李藝博，陳 石

（1.廣州市高速公路有限公司營(yíng)運(yùn)分公司，廣東 廣州 510030；2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 201804）

0 引言

瀝青路面在服役過程中，膠結(jié)料受陽(yáng)光、水、空氣以及行車荷載作用等影響會(huì)出現(xiàn)老化，瀝青自身黏附性下降，出現(xiàn)內(nèi)聚性破壞。與此同時(shí)，滯留在路面中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水沖刷作用，瀝青與集料之間黏附力減弱，最終導(dǎo)致瀝青與集料剝離，出現(xiàn)黏附性破壞。內(nèi)聚性破壞和黏附性破壞同時(shí)導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)集料松散脫落，最終形成坑槽。坑槽不僅嚴(yán)重影響車輛交通的運(yùn)行速度，降低行車過程中舒適度，而且還會(huì)極大地危害人身及財(cái)產(chǎn)安全，容易引發(fā)安全事故。傳統(tǒng)的修補(bǔ)方式是采用熱料與冷料方式進(jìn)行修補(bǔ)。但坑槽修補(bǔ)具有點(diǎn)多、量小的特點(diǎn)，熱拌混合料受溫度影響，極易導(dǎo)致修補(bǔ)面不平整、孔隙率過大易二次損壞等缺陷；冷料修補(bǔ)一般采用冷補(bǔ)料直接修補(bǔ)，具有直接修補(bǔ)、幾乎不需要碾壓、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是因?yàn)槔溲a(bǔ)料一般采用溶劑型，初期修補(bǔ)后混合料具有較大孔隙率，在后期行車碾壓后逐步密實(shí)，導(dǎo)致整體封水效果較弱，在多次雨水后容易再次損壞[1-6]。

自流平瀝青混合料是指在施工溫度條件下可以自動(dòng)流淌成型的混合料，無(wú)需碾壓即可達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度和平整度。在修補(bǔ)路面坑槽過程中使用自流平瀝青混合料，可以解決坑槽修補(bǔ)過程中存在的熱拌瀝青混合料溫度降低后不易壓實(shí)，冷拌瀝青混合料初期強(qiáng)度較低等問題。本文對(duì)用于瀝青路面坑槽修補(bǔ)的自流平瀝青混合料進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，為瀝青路面坑槽修補(bǔ)提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

1 材料

1.1 瀝青

試驗(yàn)選用SK 瀝青（以下簡(jiǎn)稱SK）、中石化SBS 瀝青（以下簡(jiǎn)稱SBS）以及在實(shí)驗(yàn)室制備的高摻量SBS改性瀝青（以下簡(jiǎn)稱HSBS）。HSBS 制備方法為，將基質(zhì)瀝青SK 加溫到180 ℃，加入7% SBS 后高速攪拌1 h，然后添加硫磺作為穩(wěn)定劑，繼續(xù)高速攪拌0.5 h，得到HSBS。瀝青指標(biāo)見表1。

表1 瀝青指標(biāo)

1.2 級(jí)配

試驗(yàn)所用粗集料（粒徑≥2.36 mm）為輝綠巖，細(xì)集料（粒徑＜2.36 mm）采用機(jī)制砂，填料使用礦粉。集料各項(xiàng)指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）[7]要求。油石比7.5%，拌和溫度220 ℃。設(shè)計(jì)級(jí)配如圖1 所示。

圖1 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 貫入度試驗(yàn)

貫入度試驗(yàn)最早在德國(guó)普及應(yīng)用，主要用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的靜態(tài)穩(wěn)定性以及抵抗變形的能力。貫入度試驗(yàn)試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，加載質(zhì)量為50 kg，記錄30 min 與60 min 貫入量，30 min 到60 min 的差值即為貫入量增量，為了對(duì)比不同溫度條件下的貫入度，試驗(yàn)溫度分別采用40 ℃和60 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 貫入度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，在40 ℃時(shí)，3 種自流平瀝青混合料貫入度相差不大，HSBS 略優(yōu)于SBS，優(yōu)于SK，在60 ℃時(shí)，差距逐漸增大。HSBS 的靜態(tài)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其他兩種瀝青混合料。

2.2 車轍試驗(yàn)

采用動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)評(píng)價(jià)自流平混合料在高溫條件下的穩(wěn)定性。成型后的車轍板試件如圖2 所示。試驗(yàn)溫度為60 ℃，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，胎壓0.7 MPa，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖2 成型后的車轍板試件

表3 車轍試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，3 種自流平瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性都較低，HSBS 相對(duì)較高。傳統(tǒng)瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要依靠集料之間的內(nèi)摩阻力以及嵌擠力，而膠結(jié)料的黏結(jié)作用并不起主要作用。自流平瀝青混合料由于其材料特性需求，粗集料比例相對(duì)較低，并未形成骨架結(jié)構(gòu)，因此高溫穩(wěn)定性能普遍較差。但由于自流平瀝青混合料是應(yīng)用于坑槽修補(bǔ)，面積一般較小，不易出現(xiàn)車轍。

2.3 低溫彎曲試驗(yàn)

采用低溫彎曲試驗(yàn)主要是評(píng)價(jià)自流平瀝青混合料在低溫時(shí)抵抗變形的能力。試驗(yàn)溫度-10 ℃，試件尺寸250 mm×30 mm×35 mm。低溫彎曲試驗(yàn)跨徑200 mm，跨中加載。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，HSBS 低溫抗開裂性能明顯高于SBS 和SK。這是因?yàn)榫酆衔镌跒r青中形成了彈性網(wǎng)絡(luò)，提高了混合料在低溫下的彈性，減弱了脆性的影響，HSBS 瀝青混合料在低溫下具有良好的彎曲性能。

2.4 凍融劈裂試驗(yàn)

采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)自流平瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。成型后的馬歇爾試件如圖3 所示。試驗(yàn)將試件分成兩組，每組4 個(gè)馬歇爾試件。第一組常溫養(yǎng)生，第二組常溫養(yǎng)生5 d，按照標(biāo)準(zhǔn)飽水試驗(yàn)方法真空飽水15 min，然后恢復(fù)常壓，試件在水中放置0.5 h，取出試件放入添加10 mL 水的密封袋中密封，將其放入恒溫-18 ℃的冰箱中冷凍16 h，取出后立刻去除塑料袋放入25 ℃的恒溫水箱融化24 h，最后與第一組試件25 ℃水浴2 h 后取出進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖3 用于試驗(yàn)的部分馬歇爾試件

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，3 種自流平瀝青混合料的水穩(wěn)定性能差距較大，HSBS 最高。SK 的凍融劈裂強(qiáng)度比較低，這是因?yàn)樵诟邷匕韬瓦^程中，瀝青老化較嚴(yán)重，膠結(jié)料喪失了部分黏結(jié)能力，導(dǎo)致經(jīng)歷凍融循環(huán)后強(qiáng)度較低。瀝青路面出現(xiàn)坑槽往往是由于水損害，因此SK 不適用于坑槽修補(bǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文制備了一種高摻量SBS 改性瀝青HSBS，與SBS 瀝青、SK 瀝青作為自流平材料的膠結(jié)料，綜合對(duì)比其靜態(tài)穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性，并得到以下結(jié)論：

（1）由于礦粉含量高，瀝青用量大，自流平瀝青混合料高溫性能普遍較差，因此不適用于大面積的應(yīng)用，僅適用于小面積的坑槽修補(bǔ)。

（2）HSBS 由于其高SBS 摻量的特點(diǎn)，在瀝青中形成了SBS 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了瀝青的勁度和彈性，因此具有良好的抗低溫、水穩(wěn)定性能。

（3）由于自流平瀝青混合料工藝特性，拌合溫度較高，因此易老化的瀝青不適用于自流平瀝青混合料，在選擇膠結(jié)料的過程中應(yīng)重點(diǎn)考察瀝青耐老化性能。