不同高模量瀝青混合料性能對比

楊文江

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

高速公路渠化交通嚴(yán)重，加之全球氣候的變暖，長大縱坡路段出現(xiàn)許多車轍病害。不完全統(tǒng)計，由車轍導(dǎo)致的高等級公路維修費用少則幾百萬，多則上千萬。高模量瀝青混凝土可以減少混合料在荷載作用下的應(yīng)變和不可恢復(fù)變形，提高混合料的高溫穩(wěn)定性，減少車轍病害的發(fā)生。目前，提高瀝青混凝土模量主要有下列兩種形式：將優(yōu)質(zhì)低標(biāo)號瀝青作為混合料膠結(jié)料，或向混合料中加入外摻劑。法國等歐洲國家通常將低標(biāo)號瀝青直接用于制備高模量瀝青混合料。近年來的研究和應(yīng)用表明，抗車轍劑也可作為常用瀝青改性劑來提高瀝青混合料的高溫性能，達(dá)到預(yù)防車轍病害的目的。

DCLR 即煤直接液化殘渣是煤液化技術(shù)的產(chǎn)物，它是一種由原煤、液化中間產(chǎn)物、無機礦物質(zhì)、剩余催化劑及液化重質(zhì)油組成的成分復(fù)雜的混合物，約占原料煤總量的30%。有研究者[1-3]對DCLR 與瀝青共混物進(jìn)行性能研究，結(jié)果顯示DCLR 能顯著提高瀝青的高溫性能。

為分析不同改性劑對高模量瀝青及混合料性能的影響，本文選取DCLR、低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑作為增模劑，制備出3 種高模量瀝青及混合料，并對其性能進(jìn)行分析比較。

1 試驗

1.1 試驗原材料

基質(zhì)瀝青為殼牌90 號，DCLR 來自神華集團煤制油化工有限公司，硬質(zhì)瀝青來自河北浩澤化工，抗車轍劑為路寶牌抗車轍劑。

查閱相關(guān)資料并結(jié)合工程應(yīng)用經(jīng)驗，上述改性劑的摻加量確定為：DCLR 為基質(zhì)瀝青用量的10%，硬質(zhì)瀝青為基質(zhì)瀝青用量的30%，抗車轍劑為基質(zhì)瀝青用量的6%。

混合料所用集料為石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r礦粉，鑒于高模量瀝青混合料常用于路面中面層，因此混合料級配采用AC-20，級配組成見表1。

表1 AC-20瀝青混合料級配

1.2 改性瀝青制備方法

a）DCLR 改性瀝青制備 先將基質(zhì)瀝青加熱為流態(tài)，分3 批次加入基質(zhì)瀝青質(zhì)量10%的DCLR，每次加入瀝青后迅速在加熱狀態(tài)下攪拌5～10 min 使DCLR 在瀝青體系內(nèi)分散，待DCLR 全部加入后，于150℃～160℃下在3 500 r/min 轉(zhuǎn)速下剪切30 min，完成制備。

b）低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青改性瀝青制備 先將基質(zhì)瀝青加熱為流態(tài)，將占基質(zhì)瀝青質(zhì)量30%的硬質(zhì)瀝青加入，150℃～160℃下勻速攪拌30 min，完成低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青改性瀝青的制備。

c）抗車轍劑改性瀝青制備 先將基質(zhì)瀝青加熱為流態(tài)，再將占基質(zhì)瀝青質(zhì)量6%的抗車轍劑加入，170℃下在4 000 r/min 轉(zhuǎn)速下剪切30 min，完成抗車轍劑改性瀝青的制備。

2 結(jié)果與分析

2.1 瀝青常規(guī)指標(biāo)分析

3 種改性劑的加入均使得瀝青針入度降低、軟化點升高，延度下降，表現(xiàn)為瀝青高溫性能加強，硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑對改性瀝青的影響結(jié)果相似，兩者對高溫性能的改善均優(yōu)于DCLR 改性瀝青。

表2 不同高模量瀝青三大指標(biāo)

2.2 靜態(tài)模量分析

我國采用15℃和20℃下的抗壓回彈模量作為瀝青混合料設(shè)計參數(shù)。本文采用單軸壓縮試驗（單軸壓縮速率為2 mm/min）研究3 種改性瀝青的靜態(tài)模量，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同高模量瀝青混合料靜態(tài)模量 MPa

靜態(tài)模量的結(jié)果顯示，3 種改性劑均可提升混合料靜態(tài)模量，抗車轍劑和硬質(zhì)瀝青對靜態(tài)模量的改善程度相當(dāng)，均好于DCLR。3 種改性劑的加入均使得瀝青黏度增加，提高混合料抵抗變形的能力。

2.3 動態(tài)模量分析

由于瀝青混凝土是一種黏彈性材料且其通常狀態(tài)下承受動態(tài)荷載，抗壓回彈模量只適于靜態(tài)彈性層狀體系，因此需對高模量瀝青混合料動態(tài)模量進(jìn)行分析比較，以反映車輪荷載下瀝青混合料的力學(xué)性能。試驗采用連續(xù)無間歇的半正矢荷載波形，不施加圍壓，試驗溫度為 7℃、15℃、30℃、45℃，測試頻率為 0.1 Hz、0.5 Hz、1 Hz、5 Hz、10 Hz、25 Hz。

圖1 7℃不同高模量瀝青混合料動態(tài)模量

圖2 15℃不同高模量瀝青混合料動態(tài)模量

圖3 30℃不同高模量瀝青混合料動態(tài)模量

圖4 45℃不同高模量瀝青混合料動態(tài)模量

上述3 種瀝青混合料在15℃、10 Hz 下的動態(tài)模量值均高于14 000 MPa，滿足法國HMA 規(guī)范及我國相關(guān)地標(biāo)中的要求，證實試驗摻量下的DCLR、低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑均可作為增模劑實現(xiàn)高模量瀝青混合料的制備。3 種高模量瀝青混合料的動態(tài)模量均隨溫度升高而降低，隨頻率增加而升高，即瀝青混合料在高溫低頻的環(huán)境下動態(tài)模量最低，易發(fā)生車轍病害。相較而言，上述測試環(huán)境下抗車轍劑改性瀝青混合料的動態(tài)模量始終高于硬質(zhì)改性瀝青混合料，高于DCLR 改性瀝青混合料。但隨著溫度的升高，摻DCLR 瀝青混合料的動態(tài)模量降低較快，不適合作為高模量瀝青混合料改性劑。

2.4 路用性能分析

3 種改性劑的高模量瀝青混合料高溫、低溫和水穩(wěn)定性能比較結(jié)果見表4。

表4 不同高模量瀝青混合料路用性能

表4 結(jié)果顯示，DCLR 改性瀝青混合料的路用性能無法達(dá)到我國規(guī)范中對改性瀝青混合料的相關(guān)要求，低溫性能更差，不適合作為瀝青改性劑使用。

低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑對混合料性能的提升較為明顯，試驗摻量下兩者對瀝青混合料性能的改善均滿足我國規(guī)范中對改性瀝青混合料的相關(guān)要求，因此低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑可作為高模量改性劑，兩者對混合料性能的改善程度較為相似。

3 結(jié)論

a）試驗摻量下的DCLR、低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青和抗車轍劑制備的瀝青混合料在15℃、10 Hz 下的動態(tài)模量值均高于14 000 MPa，但隨著溫度的升高，摻DCLR 瀝青混合料的動態(tài)模量降低較快，不適合作為高模量瀝青混合料改性劑。

b）DCLR 改性瀝青混合料無法滿足規(guī)范要求，不適合作為瀝青混合料改性劑。

c）綜合比對而言，抗車轍劑改性瀝青混合料性能優(yōu)于低標(biāo)號硬質(zhì)改性瀝青混合料性能，兩者均高于DCLR 改性瀝青混合料性能。其中抗車轍劑和低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青對瀝青及混合料性能的改善程度較為相近。