瀝青路面材料的路用性能試驗(yàn)分析

黃婭

摘要 文章針對(duì)某普通國(guó)省干線的瀝青路面工程，使用針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)分析法，檢測(cè)在改性瀝青材料中摻入SBS和橡膠粉對(duì)其路用性能的影響。經(jīng)檢驗(yàn)，得出以下結(jié)論：（1）橡膠粉、SBS改性劑的最佳摻量分別為20%和4%，橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的最佳油石比為6.13%；（2）同時(shí)摻入橡膠粉和SBS，能夠有效提升路面結(jié)構(gòu)的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，比只摻入單一摻劑的效果更好。此外，SBS的具有更強(qiáng)的水穩(wěn)定性，在SBS材料中摻入橡膠粉會(huì)削減其水穩(wěn)定性效果。

關(guān)鍵詞 普通國(guó)省干線項(xiàng)目；瀝青路面；橡膠粉； SBS瀝青混合料；路用性能

中圖分類號(hào) U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）09-0096-03

0 引言

普通國(guó)省干線公路，常出現(xiàn)車轍、坑槽及裂縫等路面病害，影響路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該文針對(duì)某普通國(guó)省干線維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，分析了提升瀝青路面路用性能的可靠辦法，即在充分考察施工場(chǎng)地的基礎(chǔ)上，使用銑刨?gòu)?fù)澆工藝，加鋪改性瀝青混合料面層。經(jīng)檢驗(yàn)，橡膠SBS復(fù)合改性瀝青混合料，可以有效改善瀝青路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高行車效率。

1 工程概況

某瀝青路面結(jié)構(gòu)的普通國(guó)省干線，總長(zhǎng)21.8 km，路面為雙向四車道。改性瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層為8 cm厚粗粒式鋪設(shè)下面層，6 cm厚中粒式鋪設(shè)中面層，4 cm厚細(xì)粒式鋪設(shè)上面層。經(jīng)過(guò)四年的運(yùn)營(yíng)，該普通國(guó)省干線面層出現(xiàn)了很多車轍和網(wǎng)狀裂縫。經(jīng)實(shí)地考察，這些路面病害尚未形成深度擴(kuò)散，還可以通過(guò)銑刨方案，清除面層4～5 cm深度的病害層，并于基面加鋪5 cm厚的細(xì)粒式改性瀝青混合料。

2 選擇原材料和瀝青改性劑摻量

2.1 原材料

該工程中使用A級(jí)90號(hào)道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青材料，并添加了源自高分子材料有限公司的60目橡膠粉和YH-791H線型SBS等高分子材料，集料采用玄武巖粗集料、石灰?guī)r細(xì)集料、石灰?guī)r磨細(xì)礦粉填料。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，所選的各材料均能滿足公路設(shè)計(jì)目標(biāo)，材質(zhì)合理，性能可靠，具體技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)定要求[1]。

2.2 改性劑摻量的選擇

利用三大指標(biāo)分析法，分析瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延度情況，確定最合適的橡膠粉、SBS摻量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)選取5%、10%、15%、20%、25%、30%的橡膠粉摻量進(jìn)行檢驗(yàn)，證明了對(duì)改性瀝青性能產(chǎn)生不同的影響。圖1為瀝青混合料的性能試驗(yàn)檢測(cè)情況[2]。

根據(jù)圖1可以得出：增加橡膠粉摻量時(shí)，針入度會(huì)逐步降低，軟化點(diǎn)隨之增加，延度呈先增后減趨勢(shì)。當(dāng)橡膠粉摻量到達(dá)20%時(shí)，針入度、軟化點(diǎn)會(huì)逐步趨向穩(wěn)定，而延度會(huì)開(kāi)始降低。因此，橡膠粉最佳摻量應(yīng)為20%[3]。

選擇20%的橡膠粉摻量，并添加SBS改性劑，分別測(cè)試1%、2%、3%、4%、5%、6%的SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青性能的不同影響，圖2是具體的試驗(yàn)情況。

根據(jù)圖2得知：①若只摻入1%的SBS，與之前呈現(xiàn)的瀝青性能效果變化不明顯；②若持續(xù)增大SBS改性劑的摻量，會(huì)不斷降低改性瀝青的針入度；③當(dāng)摻入SBS的量由1%增加至4%時(shí)，增幅較大，當(dāng)摻入的SBS的量大于4%時(shí)，增幅變緩，延度以5%的SBS摻量值為界限，呈先增后減趨勢(shì)。

綜上，最佳的SBS摻量應(yīng)在2%～4%范圍內(nèi)，為避免改性瀝青的黏度過(guò)大，應(yīng)使用旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)，選取2%、3%、4%摻量的SBS復(fù)合改性瀝青，在175 ℃的特定溫度下，其黏度數(shù)值分別是1.85 Pa·s、2.12 Pa·s和2.33 Pa·s，且均符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。為提高瀝青路面質(zhì)量，改善其路用性能，應(yīng)選擇4%摻量值為最佳摻量[4]。

3 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料級(jí)配

為改善瀝青混合料的路用性能，應(yīng)使用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)型SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料，進(jìn)行礦料級(jí)配，具體的級(jí)配情況如表1所示。

3.2 瀝青的最佳用量

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)對(duì)橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料最佳油石比的確定。①分別選取5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%的油石比試件，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，以獲得各組試件體積指標(biāo)；②檢測(cè)各試件的穩(wěn)定度、飽和度、礦料間隙率和空隙率等參數(shù)，以確定最佳油石比，并分析不同參數(shù)與油石比的關(guān)系[5]。具體如圖3所示。

根據(jù)圖3所示：當(dāng)油石比在5.80%～6.46%范圍內(nèi)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大于6 kN的穩(wěn)定度、3%～5%的空隙率、高于15%的礦料間隙率和70%～85%的飽和度。經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算，確定最佳的橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青油石比為6.13%。使用相同的辦法，計(jì)算得出橡膠改性瀝青、SBS改性瀝青混合料的最佳油石比應(yīng)分別為5.8%和5.2%[6]。

4 試驗(yàn)分析瀝青路面的使用性能

4.1 高溫穩(wěn)定性

夏季高溫天氣較多，瀝青混合料容易受熱變軟，出現(xiàn)不同程度的病害問(wèn)題。車轍試驗(yàn)可用于評(píng)價(jià)橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

根據(jù)圖4可知：橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度在60 ℃或70 ℃時(shí)最高，而橡膠或BS改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度在60 ℃或70 ℃時(shí)相對(duì)較低。當(dāng)溫度是60 ℃時(shí)，相較于單一摻量的橡膠粉改性瀝青、SBS改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度，復(fù)合改性瀝青混合料分別高出了23%和33%[7]。綜上所述，橡膠和SBS對(duì)改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性都能產(chǎn)生積極作用。通過(guò)二者的復(fù)合使用，可進(jìn)一步提高路面的高溫抗車轍性能，實(shí)現(xiàn)更好的路面使用效果[8]。

4.2 低溫抗裂性

工程建設(shè)中，由于冬季天氣寒冷，空氣溫度過(guò)低，造成了一定的路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓力。為避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)溫縮裂縫病害，有效降低材料在使用中出現(xiàn)溫縮應(yīng)力過(guò)大的情況，工程采用了MTS萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)置了?10 ℃的外部溫度、5 cm/min的加載頻率，以測(cè)定橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料試件的低溫小梁彎曲情況，圖5是250 mm×30 mm×35 mm尺寸的小梁試件的試驗(yàn)情況。

低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)圖5試驗(yàn)結(jié)果可知：相較于橡膠改性瀝青、SBS改性瀝青，其破壞應(yīng)變值分別增大了45%和8.9%，而相比于單一的橡膠改性瀝青或SBS改性瀝青，勁度模量數(shù)值分別減少了30%和27%。由此可見(jiàn)，橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料與單一改性劑的SBS或橡膠粉改性瀝青相比，低溫抗裂性能更好[9]。

4.3 水穩(wěn)定性

當(dāng)降水量過(guò)大時(shí)，雨水會(huì)通過(guò)路面空隙和裂縫向結(jié)構(gòu)層滲透，形成動(dòng)力水壓。若路面行車壓力過(guò)大，會(huì)造成水損害路面病害。為改善橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，應(yīng)通過(guò)浸水馬歇爾、凍融劈裂等試驗(yàn)，計(jì)算路面的殘留穩(wěn)定度數(shù)值，而確定凍融劈裂強(qiáng)度，圖6是具體的試驗(yàn)情況。

根據(jù)圖6可知：以上三種類型的瀝青混合料在實(shí)際使用時(shí)，其殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度等數(shù)值有著相似的變化規(guī)律，而SBS改性瀝青、復(fù)合改性瀝青和橡膠改性瀝青對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值依次降低。可見(jiàn)，SBS改善水穩(wěn)定性的效果最好，橡膠粉次之[10]。在SBS改性瀝青中摻入橡膠粉形成混合料，并不會(huì)提高其水穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

綜上所述，該文針對(duì)某普通國(guó)省干線維修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)估摻入橡膠粉和SBS復(fù)合改性劑后的瀝青混合料的使用效果和綜合性能，并得出以下結(jié)論：

（1）常規(guī)試驗(yàn)?zāi)軌虼_定橡膠粉和SBS改性劑摻量的最佳比例，分別為20%和4%。利用馬歇爾試驗(yàn)，將橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的各項(xiàng)體積數(shù)據(jù)控制在合理范圍內(nèi)，并得出6.13%的最佳油石比。

（2）SBS或橡膠粉瀝青混合料抗高溫性能好，能改善路面的高溫穩(wěn)定性，而橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的高溫抗車轍性能更好，綜合效益更高。

（3）低溫小梁彎曲試驗(yàn)表明，可通過(guò)橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料提高路面的低溫性能。

（4）通過(guò)浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)試其混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果表明SBS改性劑的效果最好，橡膠粉次之，但需要注意二者的復(fù)合使用會(huì)降低混合料的水穩(wěn)定性能。

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