高模量天然瀝青 HMB-W 混合料路用性能研究

臧省偉

（中鐵十五局集團第五工程有限公司，天津 300133）

0 引言

高模量瀝青混合料一般是指模量較高的特種瀝青混合料［1-3］，目前高模量瀝青混合料主要是在混合料拌合過程中摻加高模量劑以達到提高瀝青混合料模量的作用［4］。混合料模量的提高，可增強路面的抗車轍能力和抗疲勞能力，多用于重載交通、高溫地區(qū)、長大縱坡路段以及機場道面，主要解決路面強度不足，瀝青混合料高溫性能不良造成的車轍等變形類病害［5，6］。天然瀝青具有優(yōu)異的耐老化、耐水損、耐高溫性能［7-11］，在路面研究中受到普遍認可，如何利用好天然瀝青，是近年來道路行業(yè)關(guān)注的熱點［12-15］。

本文采用自制的高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青，通過常規(guī)馬歇爾試驗確定 HMB-W 瀝青最佳用量，并研究其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性等路用性能，研究其在 AC-13 級配混合料中的適用性。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 HMB-W 瀝青

研究所用 HMB-W 瀝青為自行研發(fā)制備，瀝青體系較均勻，技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 HMB-W 瀝青技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

1.1.2 集料

集料來自項目部拌合站，粗集料規(guī)格為 10～20 mm、10～15 mm、5～10 mm、3～5 mm，細集料為 0～3 mm，填料為咸陽淳化礦粉。對集料篩分并檢測其指標(biāo)，如表2、表3 所示，檢測指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表2 集料、填料篩分試驗結(jié)果

表3 集料、填料質(zhì)量技術(shù)要求及試驗結(jié)果

1.2 試驗方法

1.2.1 配合比設(shè)計

根據(jù)規(guī)范級配范圍，確定各種礦料的配合比，礦料組成設(shè)計為：10～20 m:10～15 mm:5～10 mm:3～5 mm:0～3 mm:礦粉=16:20:21:12:29:2，各種材料組成配合比組成設(shè)計計算如表4 所示，礦料合成級配曲線如圖1 所示。

表4 各種材料組成設(shè)計

圖1 礦料合成級配曲線圖

本次配合比設(shè)計過程中瀝青加熱溫度 180～ 185 ℃ 加熱 4～6 h，經(jīng)過多次攪拌后進行使用。在進行混合料拌合過程中，石料溫度 170～180 ℃ 加熱 6～8 h，攪拌時間（骨料干拌 90 s，加瀝青攪拌 90 s，加礦粉 90 s），拌合溫度設(shè)置 180 ℃，混合料成型溫度設(shè)置 160～170 ℃，試件成型后養(yǎng)生 12 h 后進行檢測。

1.2.2 路用性能

按照現(xiàn)行規(guī)范中高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗等評價高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 確定最佳油石比

按確定的礦料組成，確定油石比在 4.0 %～5.5 % 范圍內(nèi)，以不同的油石比間隔 0.5 %，兩面各擊 75 次的方法制作馬歇爾試件。成型后的試件靜置 12 h 脫模，測定其毛體積相對密度、空隙率、間隙率、飽和度等物理指標(biāo)，再在 60 ℃ 水浴中浸泡 35 min 后測定其馬歇爾穩(wěn)定度及流值，不同油石比下馬歇爾試件各物理—力學(xué)指標(biāo)匯總?cè)绫? 所示。以油石比為橫坐標(biāo)，分別以空隙率、視密度、穩(wěn)定度、流值、飽和度為縱坐標(biāo)繪制關(guān)系圖，如圖2 所示。

表5 不同油石比馬歇爾物理力學(xué)指標(biāo)匯總

圖2 AC-13 型高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料 Marshall 試驗結(jié)果

通過畫圖法，得到 a1=5.5 %，a2=4.0 %，a3=5.3 %，a4=5.3 %，OAC1=（5.5 %+4.0 %+5.3 %+5.3 %）/4=5.0 %，OAC2=（5.6 %+5.0 %）/2=5.3 %，OAC=（5.0+5.3）/2=5.2 %。結(jié)合氣候、交通情況及施工經(jīng)驗，確定最佳油石比為 5.2 %。最佳油石比下馬歇爾物理—力學(xué)性能指標(biāo)如表6 所示。

表6 最佳油石比試件試驗結(jié)果

2.2 路用性能研究

2.2.1 高溫穩(wěn)定性

按照瀝青混合料的試驗規(guī)程制備車轍板，車轍板尺寸為 300 mm×300 mm×50 mm，分別在 60±0.5 ℃和 70±0.5 ℃ 空氣浴中養(yǎng)生 6 h；在壓強為 0 .7 MPa 的條件，進行車轍試驗，試驗結(jié)果如表7 所示。

表7 瀝青混合料高溫車轍試驗結(jié)果

由表7 可以看出，高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料 60 ℃ 動穩(wěn)定度可達到 10 891 次/mm，遠超規(guī)范要求的 ＞ 2 800 次/mm，在 70 ℃ 溫度下動穩(wěn)定度也達到 7 000 次/mm 以上，說明高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料具有優(yōu)異的高溫抗車轍性能。

2.2.2 低溫抗裂性

按照瀝青混合料的規(guī)程方法制備車轍板，車轍板尺寸為 300 mm×300 mm×50 mm，用切割機將試件切成 30 mm×35 mm×250 mm 的小梁試件，在-10 ℃ 的空氣浴中恒溫 6 h，以 50 mm/min 的加載速率進行低溫彎曲試驗，計算出梁底的最大彎拉應(yīng)變，結(jié)果如表8 所示。

由表8 可以看出，高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料最大彎曲應(yīng)變也達到 2 500 以上，滿足規(guī)范要求。相較其他類高模量瀝青混合料難以兼顧低溫抗裂性，本文高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料在低溫抗裂性能方面優(yōu)勢更大。

表8 低溫彎曲試驗結(jié)果

2.2.3 水穩(wěn)定性

按照瀝青混合料試驗規(guī)程制作馬歇爾試件，進行浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗結(jié)果如表9 所示，凍融劈裂試驗結(jié)果如表10 所示。

表9 Marshall 殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

由表9、10 可以看出，高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料殘留穩(wěn)定度達到 96.3 %，凍融劈裂強度比也達到了 85.3 %，說明高模量天然瀝青 HMB-W 瀝青混合料水穩(wěn)定性優(yōu)異，能夠有效抵抗水損害。

3 結(jié)論

高模量天然瀝青 HMB-W 在 AC-13 中的最佳油石比為 5.2 %，比常規(guī)改性瀝青 AC-13 混合料略高，混合料的高溫穩(wěn)定性尤為突出，水穩(wěn)定性優(yōu)異，低溫抗裂性略差，但滿足規(guī)范要求，可以在對高溫性能要求較高的 AC-13 級配路面中應(yīng)用。Q

表10 凍融劈裂試驗結(jié)果