有機改性礦物在SMA瀝青混合料中路用性能分析

丁 彬，蔣龍松

(蘇交科集團有限公司,南京 211112)

工業(yè)廢舊資源中的磷酸鹽礦物在生產過程中，每年都會產生大量的副產品廢礦，造成嚴重的資源浪費。而將這種工業(yè)副產品改性形成的有機改性礦物(簡稱AMBS)應用于斷級配SMA瀝青混合料后，通過合適的混合料設計，可以提高瀝青混合料高溫抗車轍、抗水損害、抗疲勞開裂等性能，技術上具有良好的優(yōu)勢；同時可替代10%～15%瀝青用量摻入瀝青膠結料中，節(jié)約工程初期造價投入，具有經濟優(yōu)勢和應用價值[1]。

本文依托某沿海高等級公路，對有機改性活性礦物SMA型瀝青混合料的路用性能進行研究，分析其在斷級配SMA瀝青混合料中的適應性?；贏MBS現場添加情況，對比摻加木質素纖維的SMA瀝青混合料，選擇10%和15%的AMBS摻入瀝青混合料中，對比三組不同瀝青混合料路用性能，驗證其在斷級配瀝青混合料中的可行性。其中AMBS摻量比例為占總瀝青用量的比重，類型A和B分別摻加占瀝青用量15%和10%的有機改性活性礦物，類型C為摻加0.3%的木質素纖維改性瀝青SMA13[2-4]。

1 抗水損害性能試驗分析

為了檢驗摻加AMBS后瀝青混合料受水損害時抗剝落的能力，本文將按標準擊實法成型的馬歇爾試件放入60℃的恒溫水槽中，分別保溫0.5小時和48小時后，用馬歇爾自動穩(wěn)定度儀測試浸水后的馬歇爾穩(wěn)定度和流值[5]，試驗結果如表1所示。

從表1中可知，三種混合料殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求(≥85%)，且摻加了有機改性活性礦物的混合料比常規(guī)SMA混合料具有更高的穩(wěn)定度和流值，后者尤為突出。在殘留穩(wěn)定度中，類型A的SMA混合料(摻量15%)性能最優(yōu)，因為其穩(wěn)定度和流值在條件和非條件環(huán)境下均優(yōu)于類型B的SMA(摻量10%)和常規(guī)SMA。

表1 三種混合料浸水馬歇爾試驗

2 凍融劈裂試驗性能分析

三種瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果如表2所示，試驗結果表明摻加有機改性活性礦物的SMA凍融劈裂結果有所降低，但仍滿足規(guī)范要求。隨著AMBS摻量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂值逐漸增加，類型A(摻量15%)凍融劈裂值比類型B(摻量10%)增加了6.69%。

表2 三種混合料凍融劈裂試驗結果

對于斷級配SMA瀝青混合料而言，有機改性活性礦物的摻入一定程度上影響其凍融劈裂性能。原因是斷級配SMA瀝青混合料采用SBS改性瀝青，與SBS改性劑充分反應再摻入AMBS后，其作用效果有所下降。斷級配SMA的設計級配中礦粉摻量較大，隨著有機改性活性礦粉的摻加，瀝青混合料中的礦粉含量增大，會對凍融破裂結果產生影響。因此，對于斷級配SMA，需選擇恰當的有機改性活性礦粉摻量，并進行相關的驗證試驗，使瀝青混合料的凍融劈裂結果滿足相關規(guī)范的技術要求。

3 低溫抗開裂性能試驗分析

為進一步驗證AMBS對斷級配SMA型瀝青混合料的低溫性能的影響，本文對AMBS不同摻量的三種類型混合料進行了低溫小梁試驗(如表3所示)，分析其對混合料低溫性能的作用。

表3 三種混合料低溫小梁彎曲試驗結果

在低溫小梁彎曲試驗中，摻有有機改性活性礦物的SMA破壞應變高于常規(guī)SMA，且類型A(摻量15%)的低溫開裂性能比類型B(摻量10%)高3.5%。隨著有機改性活性礦物摻量的增加，瀝青混合料的低溫性能提高[6]。

4 高溫性能試驗分析

通常情況下，采用車轍試驗對瀝青混合料的高溫性能進行檢測驗證，本文對三種類型的混合料進行車轍試驗，試驗結果如圖1所示。

圖1 三種混合料車轍試驗結果

從車轍試驗結果可知，三種混合料穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求(≥3 000次)，且摻加有機改性活性礦物的SMA瀝青混合料與常規(guī)SMA性能相似，類型A比常規(guī)SMA動穩(wěn)定度約低10%，類型B比常規(guī)SMA動穩(wěn)定度約高10%。

因此，摻加有機改性活性礦物對間斷級配SMA混合料有一定的影響，隨著摻量的增加，混合料的穩(wěn)定度先增加后降低，選擇恰當的有機改性活性礦物摻量對提高混合料高溫性能至關重要[7]。

5 抗疲勞性能試驗分析

疲勞性能試驗溫度為15 ℃，加載頻率為 10 Hz，加載波形采用正弦波。疲勞試驗控制應變從波峰到波谷為1 200 με至600 με。當試件模量降低到初始模量的50%時則停止試驗；如果單個試件初始模量與平均值的據對差超過平均值的20%，則舍棄該試件。如圖2所示，為抗疲勞性能試驗[8]。

圖2 600 με時的試驗結果

當疲勞應變?yōu)?00 με時，摻10%的有機改性活性礦物的SMA疲勞壽命比其他兩種大8～9倍；但是，摻15%有機改性活性礦物的SMA與常規(guī)SMA疲勞壽命相近。試驗結果說明了摻纖維SMA混合料中的部分瀝青膠結料被纖維吸收，對混合料的疲勞性能沒有作用，摻15% SMA混合料與普通纖維SMA疲勞壽命相似但減少木質素纖維的利用。

摻加有機改性活性礦物能替代木質素纖維降低生產成本，節(jié)約工程造價，且由于路用性能的提高，節(jié)約后期養(yǎng)護成本[9-10]。

6 結論

本文通過室內試驗分析有機改性礦物對SMA瀝青膠結料的改性作用，并進行斷級配瀝青混合料路用性能驗證，主要結論如下。

(1) 摻加了有機改性活性礦物的混合料比常規(guī)SMA混合料具有更高的穩(wěn)定度和流值，在流值上表現尤為突出；隨著AMBS摻量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂值逐漸增加，瀝青混合料的低溫性能提高；隨著摻量的增加，混合料的穩(wěn)定度先增加后降低，因此應選擇合適的有機改性活性礦物摻量對提高混合料高溫性能至關重要；

(2) 在低應變條件下，摻10%有機改性活性礦物 SMA比其他兩種類型混合料表現出更加優(yōu)異的抗疲勞性能。摻10%有機改性活性礦物瀝青混合料在相同瀝青用量下比普通纖維SMA疲勞壽命高出約9倍。摻15%有機改性活性礦物 SMA混合料與普通纖維SMA疲勞壽命相似但減少了木質素纖維的利用，從而降低了成本；

(3) 在相同油石比的條件下，通過采用有機改性活性礦物代替木質素纖維減少瀝青用量，SMA混合料能提高抗車轍性能，同時不減弱疲勞壽命，節(jié)約了工程造價和養(yǎng)護成本。