基于模量試驗的高模量瀝青指標(biāo)體系研究

楊中才 王根寶 陳繼紅

(云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司,云南 昆明 650501)

0 引言

高模量瀝青混合料(HMAC)在早期采用硬質(zhì)瀝青和提高膠結(jié)料含量，隨著研究深入，逐漸采用添加外摻劑，以獲得高模量、疲勞性能及高溫穩(wěn)定性綜合性能優(yōu)異的混合料。評價瀝青混合料模量指標(biāo)常用的有我國抗壓回彈模量，歐洲勁度模量，美國AASHTO動態(tài)模量等，如何評價瀝青混合料的模量性能是否能滿足高模量瀝青的要求是亟待解決的問題。本文考慮到目前研究的試驗條件、模量指標(biāo)的通用性與可替代性等因素，選擇常用的橡膠瀝青、巖瀝青、湖瀝青和SBS改性瀝青，混合料類型采用AC-20，采用抗壓回彈模量、動態(tài)模量和勁度模量研究幾種備選的高模量瀝青混合料的模量性能，根據(jù)不同性能指標(biāo)的測試結(jié)果，提出了高模量瀝青混合料評價體系。

1 試驗方案

1)單軸抗壓回彈模量試驗。

回彈模量試驗利用旋轉(zhuǎn)壓實設(shè)備制作直徑10 cm，高度10 cm試件若干。壓實次數(shù)以空隙率4%控制[1]。

2)動態(tài)模量試驗。

動態(tài)模量測試基于AASHTO的TP-62要求，通過旋轉(zhuǎn)壓實180 mm×150 mm的試樣獲得150 mm×100 mm的試件[2]。

3)勁度模量試驗。

采用旋轉(zhuǎn)壓實儀設(shè)備制作直徑15 cm，高度10 cm試件若干[3]。一組測試應(yīng)包含3個～6個測試件，測試件應(yīng)在成型后的同一天進(jìn)行測試，否則應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校正[4]。加載方式采用橫向水平變形控制模式，控制試件水平最大變形為5 μm±2 μm[5]。

2 單軸抗壓回彈模量試驗研究

各種瀝青混合料的試驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同混合料無側(cè)限抗壓強度及回彈模量測試結(jié)果 MPa

從表1中可以看出，混合料抗壓強度與溫度相關(guān)。在15 ℃時巖瀝青復(fù)合改性瀝青混合料無側(cè)限抗壓強度最高，其次為復(fù)合改性湖瀝青和橡膠瀝青，而在20 ℃時湖瀝青復(fù)合改性瀝青混合料無側(cè)限抗壓強度最高，其次為巖瀝青和橡膠瀝青混合料，且均高于SBS改性瀝青。不同溫度條件下復(fù)合改性巖瀝青混合料回彈模量均最高，其次為復(fù)合改性湖瀝青和橡膠瀝青混合料。

3 動態(tài)模量試驗研究

動態(tài)模量試驗在3個溫度下進(jìn)行，分別為4 ℃,15 ℃,40 ℃，在每一個溫度下，分別在不同頻率下測定動態(tài)模量。不同瀝青混合料動態(tài)模量試驗結(jié)果如圖1，圖2所示。

根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)分析，瀝青混合料的動態(tài)模量隨溫度的升高而逐漸降低，并隨著頻率的增加而逐漸增加。40 ℃條件下，巖瀝青復(fù)合改性混合料動態(tài)模量指標(biāo)優(yōu)異，略高于湖瀝青和橡膠瀝青混合料，而SBS改性瀝青性能相對較差。

4 勁度模量試驗研究

瀝青混合料勁度模量結(jié)果如圖3所示。

各種高模量瀝青混合料的勁度模量隨著溫度的增加而降低，各種混合料的感溫特性不同造成勁度模量的下降速率不同。在40 ℃時，復(fù)合改性湖瀝青和橡膠瀝青混合料具有較高的勁度模量，其次是復(fù)合改性巖瀝青，SBS改性瀝青在40 ℃時試驗結(jié)果失效。

5 模量性能評價體系

法國高模量瀝青混合料指標(biāo)綜合考慮水損害、車轍、疲勞性能和模量體系[6-8]。高模量瀝青設(shè)計指標(biāo)依據(jù)15 ℃動態(tài)模量大于14 000 MPa。在歐洲，當(dāng)定義高模量瀝青混合物時，僅使用20 ℃的勁度模量指數(shù)。在一般溫度條件下，降低下面層和基層應(yīng)力起到一定作用，但對高溫條件對抗車轍性能要求較高的路段是失效的[9,10]。選擇高模量瀝青混合料主要是應(yīng)用于高溫抗車轍路段，因此瀝青混合料高模量性能是主要考慮因素。

參考法國動態(tài)模量研究指標(biāo)，并結(jié)合國內(nèi)外高模量研究成果，根據(jù)本文試驗結(jié)果，提出高模量瀝青混合料(HMAC)指標(biāo)體系要求，見表2。

表2 高模量混合料指標(biāo)體系

結(jié)合試驗結(jié)果，通過各項指標(biāo)評價本文幾種備選瀝青混合料性能，見表3。

根據(jù)高模量混合料技術(shù)指標(biāo)要求，SBS改性摻纖維混合料不符合高模量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而其余三種AC-20混合料各項指標(biāo)均滿足高模量瀝青技術(shù)要求。橡膠瀝青AC-20混合料疲勞壽命最優(yōu)，巖瀝青AC-20混合料高溫性能最優(yōu)。

6 結(jié)語

1)不同溫度條件下復(fù)合改性巖瀝青混合料回彈模量均最高，其次為復(fù)合改性湖瀝青和橡膠瀝青混合料。瀝青混合料的動態(tài)模量隨溫度的升高而逐漸降低，并隨著頻率的增加而逐漸增加。40 ℃條件下，巖瀝青復(fù)合改性混合料動態(tài)模量指標(biāo)優(yōu)異，略高于湖瀝青和橡膠瀝青混合料，而SBS改性瀝青性能相對較差。2)在40 ℃時，復(fù)合改性湖瀝青和橡膠瀝青混合料的勁度模量最高，其次是復(fù)合改性巖瀝青混合料，而SBS改性瀝青在40 ℃時勁度模量試驗失效。3)橡膠瀝青、復(fù)合改性湖瀝青和巖瀝青AC-20混合料各項指標(biāo)均滿足高模量瀝青技術(shù)要求。橡膠瀝青AC-20混合料疲勞壽命最優(yōu)，巖瀝青AC-20混合料高溫性能最優(yōu)。SBS改性摻纖維混合料不符合高模量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。