復(fù)合改性瀝青混合料疲勞耐久性的試驗(yàn)研究

芮遨宇 程 鵬 張 騰 葉文彬 陳 越 張海濤

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

1 概述

改性瀝青混合料可以提高瀝青路面的高低溫性能，從而改善行車條件及延長瀝青路面使用年限。目前，對改性瀝青混合料的研究主要集中在如何提高混合料的力學(xué)性能，而對疲勞耐久性研究較少。隨著使用年限的增加，瀝青路面將產(chǎn)生不同種類、不同形式的損害，因此，在改性瀝青混合料的基礎(chǔ)上，如何提高瀝青混合料的耐久性是主要的研究方向。

現(xiàn)有的單一改性瀝青(例如SBS改性劑)雖然對瀝青混合料的高低溫性能具有一定的提高，但是隨著瀝青路面使用年限的增加及環(huán)境的影響，單一改性瀝青混合料的力學(xué)性能及耐久性就稍顯不足。因此，本研究采用SBS，SBR，橡膠粉三種改性劑組成復(fù)合改性劑，設(shè)計(jì)三種復(fù)合改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)研究，從而組成三種復(fù)合改性瀝青混合料。以三種復(fù)合改性瀝青混合料為研究對象，對其疲勞耐久性進(jìn)行對比分析，探究不同復(fù)合改性瀝青混合料力學(xué)性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果對瀝青混合料耐久性的研究具有一定的理論與實(shí)用價(jià)值。

2 試驗(yàn)材料與方案

2.1 試驗(yàn)材料

1)瀝青。

試驗(yàn)選用90號瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 天然瀝青技術(shù)指標(biāo)

2)改性劑。

試驗(yàn)選用SBS，SBR和橡膠改性劑(如圖1所示)，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

圖1 改性劑類型

表2 改性劑的技術(shù)指標(biāo)

3)復(fù)合改性瀝青。

設(shè)計(jì)三種(4%SBS/3%SBR，4%SBS/15%橡膠，4%SBR/15%橡膠)復(fù)合改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 復(fù)合改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

4)集料。

試驗(yàn)采用瀝青混合料AC-13，集料級配設(shè)計(jì)如表4所示。

2.2 復(fù)合改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)

表4 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)上面的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)合改性瀝青混合料(AC-13)，采用馬歇爾設(shè)計(jì)法確定最佳瀝青用量為5.6%。

2.3 試驗(yàn)方法

利用改裝的車轍試驗(yàn)設(shè)備，對復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞耐久性進(jìn)行對比研究。通過控制(200με，400με，600με)三種應(yīng)變，以不同混合料的疲勞壽命為指標(biāo)，對不同復(fù)合改性瀝青混合料的固有性能、改善性能及綜合性能的變化規(guī)律進(jìn)行對比分析。

3 復(fù)合改性瀝青混合料疲勞耐久性的對比分析

3.1 4%SBS/3%SBR瀝青混合料疲勞耐久性

不同應(yīng)變的4%SBS/3%SBR瀝青混合料的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，可以看出:

1)隨著lgε的增加，lg Nf逐漸減小，即隨著應(yīng)變的增加，4%SBS/3%SBR瀝青混合料疲勞壽命降低，說明在大應(yīng)變下，瀝青混合料更容易產(chǎn)生破壞。

2)隨著lgε的增加，4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能優(yōu)于改善性能。4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBS/3%SBR瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

表5 4%SBS/3%SBR瀝青混合料的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果

3.2 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性

不同應(yīng)變的4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表6所示?？梢钥闯?，隨著lgε的增加，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能優(yōu)于改善性能。4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBS/15%Rubber瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

表6 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果

3.3 4%SBR/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性

不同應(yīng)變的4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表7所示?？梢钥闯?，隨著lgε的增加，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能k值大于改善性能，說明在疲勞壽命方面，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能優(yōu)于改善性能。4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能n值大于改善性能，說明4%SBR/15%Rubber瀝青混合料固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

表7 4%SBS/15%Rubber瀝青混合料的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果

3.4 不同瀝青混合料疲勞耐久性的對比分析

不同應(yīng)變的三種瀝青混合料綜合性能與改善性能的疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 不同瀝青混合料綜合性能與改善性能疲勞耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從表8中可以得出以下結(jié)論:隨著應(yīng)變的變化，說明4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性最佳，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料次之，4%SBS/3%SBR瀝青混合料最差。在疲勞敏感度方面，說明4%SBR/15%Rubber瀝青混合料對應(yīng)力水平變化最敏感，4%SBS/15%Rubber瀝青混合料次之，4%SBS/3%SBR瀝青混合料最差。在疲勞耐久性方面，說明4%SBS/3%SBR綜合性能的變化過程與固有性能最相近，而4%SBR/15%Rubber綜合性能變化過程與固有性能相差最遠(yuǎn)。

4 結(jié)語

1)復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的對比試驗(yàn)結(jié)果表明:

對于4%SBS/3%SBR瀝青混合料，固有性能優(yōu)于改善性能。同時(shí)，固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

對于4%SBS/15%Rubber瀝青混合料，固有性能優(yōu)于改善性能。同時(shí)，固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

對于4%SBR/15%Rubber瀝青混合料，固有性能優(yōu)于改善性能。同時(shí)，固有性能的疲勞壽命對水平應(yīng)力變化敏感度大于改善性能。

2)復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的試驗(yàn)結(jié)果表明:

4%SBS/15%Rubber瀝青混合料疲勞耐久性最佳，4%SBS/3%SBR瀝青混合料次之，4%SBR/15%Rubber瀝青混合料最差。

3)復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞耐久性的試驗(yàn)結(jié)果表明:

4%SBS/3%SBR綜合性能的變化過程與固有性能最相近，4%SBR/15%Rubber綜合性能變化過程與固有性能相差最遠(yuǎn)。