瀝青路面具有行車(chē)舒適、穩(wěn)定性好、便于養(yǎng)護(hù)等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)路橋工程中應(yīng)用十分廣泛。然而，在行車(chē)荷載和惡劣的自然環(huán)境下，傳統(tǒng)的瀝青路面已不堪重負(fù)。在通車(chē)運(yùn)營(yíng)1～2年后，很多瀝青路面會(huì)出現(xiàn)早期病害，尤其是裂縫問(wèn)題，無(wú)疑會(huì)增加行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這一問(wèn)題，需要采取切實(shí)可行的措施提高工程質(zhì)量，改善瀝青混合料的質(zhì)量。目前，我國(guó)路橋工程多采用SBS 類(lèi)的有機(jī)聚合物改性瀝青材料，但此類(lèi)材料存在一定缺陷，如儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好、易出現(xiàn)離析現(xiàn)象等，變相地增加了工程成本［1-2］。相比之下，地聚合物不僅性能優(yōu)良，而且適用性強(qiáng)，是一種價(jià)格較低的膠凝材料，應(yīng)用前景廣闊［3-5］。為此，本文針對(duì)路橋工程摻加地聚合物瀝青混合料的性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)與評(píng)價(jià)分析。

試驗(yàn)方案及材料分析

試驗(yàn)原材料

瀝青：根據(jù)規(guī)定要求，選取 70#基質(zhì)瀝青、3%摻地聚合物改性瀝青、5%摻地聚合物改性瀝青、7%摻地聚合物改性瀝青及 9%摻地聚合物改性瀝青共 5種不同配比的材料進(jìn)行對(duì)比分析，要求選取的瀝青材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)定要求。

集料：本研究選取輝綠巖集料，對(duì)其各項(xiàng)原材料進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，確定其符合技術(shù)要求。

礦粉：本研究選取石灰石礦粉，其表觀密度、外觀、含水量及親水系數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)均要滿足規(guī)定要求。

瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

為了確定地聚合物改性瀝青混合料的性能，需要在試驗(yàn)前先制備混合料試件。所需的試件有 3 類(lèi)，具體如表1所示。

在瀝青混合料中，骨架結(jié)構(gòu)為粗集料。為了填充骨架間的空隙，需要摻加一定量的細(xì)集料、礦粉。瀝青材料在混合料中主要起到黏結(jié)的作用。因此，為了確保瀝青混合料的質(zhì)量，需要保障礦料級(jí)配合理，同時(shí)要確定瀝青混合料的zui佳油石比。具體來(lái)說(shuō)，可采取馬歇爾法確定瀝青混合料的zui佳油石比，瀝青混合料采取濕法進(jìn)行拌和處理。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置 5 組馬歇爾試件，油石比范圍為 4.2%～5.4%，油石比間隔以0.3%為準(zhǔn)，每組試件不少于4個(gè)。在馬歇爾試驗(yàn)中，選定基質(zhì)瀝青為zui佳油石比，按照馬歇爾試件規(guī)定要求，確定具體尺寸，并對(duì)每個(gè)試件的兩面進(jìn)行擊實(shí)，擊實(shí)次數(shù)均為 75 次。在室溫條件下，冷卻 24 h 以上，而后測(cè)定瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)，終得出zui佳油石比為4.9%。

確定試驗(yàn)方案

按照試驗(yàn)要求，需要確定瀝青混合料的各項(xiàng)性能。試驗(yàn)檢測(cè)的重dian在于高溫性能、水穩(wěn)定性和低溫性能，可利用車(chē)轍試驗(yàn)確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，利用浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)確定瀝青混合料的水穩(wěn)定性，利用低溫彎曲試驗(yàn)確定瀝青混合料的低溫抗裂性能。

路橋工程瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)分析

高溫穩(wěn)定性檢測(cè)

高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)的重dian之一，是指在高溫環(huán)境下瀝青路面抵抗車(chē)轍荷載的性能。通過(guò)檢測(cè)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，可以詳細(xì)地了解瀝青路面的使用性能，確保路面滿足規(guī)定要求。瀝青混合料屬于一種黏彈性材料。在高溫條件下，瀝青混合料的黏性流動(dòng)較強(qiáng)，會(huì)出現(xiàn)變軟的現(xiàn)象，因而瀝青路面在車(chē)輛碾壓作用下易出現(xiàn)車(chē)轍問(wèn)題，對(duì)路橋面的使用性能影響較大，甚至?xí)哟笮熊?chē)危險(xiǎn)性。為了檢驗(yàn)改性瀝青混合料的高溫性能，本研究采取混合料高溫車(chē)轍試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)試驗(yàn)要求，對(duì) 4 種不同摻量的地聚合物改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析。試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)參數(shù)如下：試驗(yàn)溫度為60 ℃，荷載輪壓為0.7 MPa，試驗(yàn)測(cè)定45 min、60 min兩個(gè)時(shí)間的變形量，試件各 3 個(gè)，確定動(dòng)穩(wěn)定度范圍、平均值及變異系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，基質(zhì)瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)指標(biāo)為不少于1000 次/mm，可見(jiàn) 70#基質(zhì)瀝青滿足規(guī)定要求；地聚合物改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)指標(biāo)為不少于3200次/mm。由表 2 可知，4 類(lèi)地聚合物改性瀝青均滿足該要求。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比分析，得出如下結(jié)論。

一：與 70#基質(zhì)瀝青相比，地聚合物改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提升幅度較大。由此得出，基質(zhì)瀝青混合料內(nèi)摻加一定量地聚合物，可以提高基質(zhì)混合料的高溫穩(wěn)定性。究其原因，主要有兩點(diǎn)：一是地聚合物自身的耐高溫性能良好，瀝青混合料內(nèi)摻加一定量地聚合物，可以明顯提高瀝青的高溫性能；二是瀝青改性后，黏附性能有所改善，同樣可以提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

二：當(dāng)?shù)鼐酆衔飺搅坎粩嘣黾訒r(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度會(huì)隨之提高。當(dāng)摻加量達(dá)到 9%時(shí)，與基質(zhì)瀝青混合料相比，改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度約是它的 2 倍。需要注意，當(dāng)?shù)鼐酆衔飺搅吭?5%以上時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增長(zhǎng)幅度在逐漸下降。

三：瀝青混合料摻加地聚合物后，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)有所下降。當(dāng)摻量為5%時(shí)，其變異系數(shù)明顯小于摻量 7%時(shí)?？梢?jiàn)，隨著地聚合物摻量的改變，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變異系數(shù)并沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。但與基質(zhì)瀝青混合料相比，地聚合物改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好。究其原因，瀝青內(nèi)地聚合物均勻分散的情況，可以均勻提升改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，使其更加穩(wěn)定。

水穩(wěn)定性檢測(cè)分析

在瀝青混合料水穩(wěn)定性檢測(cè)中，本研究選擇兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比。根據(jù)試驗(yàn)要求，同樣以70#基質(zhì)瀝青混合料和4類(lèi)地聚合物摻量瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比研究。

浸水馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)4.9%zui佳油石比確定馬歇爾試件，每種瀝青混合料均成型 2 組試件，在60 ℃恒溫水浴內(nèi)浸泡全部試件，第一組和第二組放置時(shí)間分別為 30min 和 48h。完成浸泡后，便可進(jìn)行穩(wěn)定度值測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行殘留穩(wěn)定度計(jì)算，從而獲取瀝青混合料的水穩(wěn)定性。結(jié)果顯示：70#基質(zhì)瀝青的殘留穩(wěn)定度為 86%，3%地聚合物改性瀝青的殘留穩(wěn)定度為91%，5%地聚合物改性瀝青的殘留穩(wěn)定度為 94%，7%地聚合物改性瀝青的殘留穩(wěn)定度為95%，9%地聚合物改性瀝青的殘留穩(wěn)定度為 96%。由此可見(jiàn)，地聚合物改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均在 90%以上，且均在70#基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度以上。這說(shuō)明瀝青混合料內(nèi)摻入一定量地聚合物，可以提高混合料的抗水損壞能力。究其原因，在于摻加地聚合物后，改性瀝青混合料具有良好的黏附性能，且抗剝落能力明顯增強(qiáng)。

凍融劈裂試驗(yàn)

對(duì)基質(zhì)瀝青和地聚合物改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析，共做兩組試件（一組為凍融循環(huán)組，另一組為對(duì)照組），由此進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，獲取瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度及凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比（Tensile Strength Ratio，TSR）。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，要求基質(zhì)瀝青的劈裂抗拉強(qiáng)度比不小于75%。本試驗(yàn)中，70#基質(zhì)瀝青的劈裂抗拉強(qiáng)度比為 82.02%，滿足要求；地聚合物改性瀝青的劈裂抗拉強(qiáng)度比指標(biāo)為不小于 80%。本試驗(yàn)中，4 種不同摻量的地聚合物改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度均在80%以上，滿足規(guī)定要求。

同時(shí)，與基質(zhì)瀝青混合料相比，地聚合物改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度比明顯較大，表明地聚合物摻加瀝青混合料內(nèi)，可以增強(qiáng)混合料的水穩(wěn)定性。除此之外，由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)?shù)鼐酆衔飺搅吭?%以上時(shí)，混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度比變化逐漸變小，說(shuō)明地聚合物摻量在5%的情況下，瀝青混合料水穩(wěn)定性能具有良好的提升效果。

低溫性能檢測(cè)分析

在路橋工程中，低溫開(kāi)裂是一種十分普遍的病害形式。裂縫過(guò)多會(huì)對(duì)路橋通行的舒適性和安全性造成ji大影響。當(dāng)前，路橋面低溫性能檢測(cè)方法較多，如彎曲法、切口小梁彎曲法及直接拉伸法等。本文采用低溫彎曲試驗(yàn)測(cè)定地聚合物改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，評(píng)價(jià)指標(biāo)為zui大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量。試驗(yàn)過(guò)程中，采用小梁試件，試驗(yàn)尺寸符合規(guī)定要求，并確定支座支點(diǎn)間距、加載速率及試驗(yàn)溫度等試驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)所得結(jié)果如表4所示。

由表 4 可知，在瀝青混合料低溫性能檢測(cè)中，70#基質(zhì)瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變值大于4種不同摻量的地聚合物改性瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變值。隨著地聚合物摻量不斷增加，混合料的zui大彎拉應(yīng)變值不斷下降，尤其是地聚合物摻量達(dá)到 9%時(shí)，zui大彎拉應(yīng)變降為3 050 με，與基質(zhì)瀝青混合料相比，降低了25%左右。通常來(lái)講，低溫條件下混合料的柔韌性可由zui大彎拉應(yīng)變值表示，即瀝青混合料的彎拉應(yīng)變值越大，說(shuō)明瀝青混合料具有越高的柔韌性，具有越好的低溫抗裂性能。這也說(shuō)明當(dāng)瀝青混合料內(nèi)摻加一定量的地聚合物后，混合料的低溫性能會(huì)有所下降，原因在于地聚合物具有較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，若界面結(jié)合強(qiáng)度較高，容易造成材料脆性破壞，導(dǎo)致改性瀝青混合料開(kāi)裂。

結(jié)語(yǔ)

瀝青路面是常見(jiàn)的一種路面形式，在路橋工程中應(yīng)用較為廣泛。然而在行車(chē)荷載和自然因素的反復(fù)作用下，瀝青路面開(kāi)裂，坑槽、車(chē)轍等病害層出不窮。為了提高行車(chē)舒適性和安全性，在瀝青混合料中摻加改性劑成為一種理想的改良方式。改性瀝青混合料的應(yīng)用不僅可以改善瀝青混合料的路用性能，而且能進(jìn)一步提升工程質(zhì)量。

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