SBS與PRM高模量劑復(fù)合改性瀝青混合料性能研究

暢 曉 鈺

(山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

隨交通數(shù)量的不斷增長，超載、重載現(xiàn)象的日益嚴重，瀝青路面由此引發(fā)出的車轍、推移和壅包等病害問題愈來愈嚴重。這些路面病害致使路面結(jié)構(gòu)層原有的承載能力下降，行車安全性、舒適性較差。對路面病害反復(fù)性的養(yǎng)護導(dǎo)致經(jīng)濟消耗巨大，同時路面病害也存在一定的安全隱患，因此亟需采取一種路用性能、耐久性優(yōu)良的路面結(jié)構(gòu)和材料。

通過高模量劑的添加可以提高混合料的模量，減小車輛荷載下路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的變形，從而改善混合料的抗高溫變形能力和疲勞性能，延長路面的使用壽命[1]。添加高模量劑生產(chǎn)出的混合料抗剪強度高，特別是在使用溫度較高的情況下具備良好的穩(wěn)定性，路面鋪筑后在同等條件下結(jié)構(gòu)承載力高，抗車轍性強[2]。尤其在重載、高溫地區(qū)、長大縱坡等情況下應(yīng)用可以有非常好的效果。

長安大學對高模量瀝青路面進行了一系列研究[3]，通過室內(nèi)試驗及高速公路中的應(yīng)用，提出了相關(guān)的配合比設(shè)計，能夠進一步提高抗車轍能力和降低瀝青用量。東北大學[4]對高模量瀝青混合料的相關(guān)性能進行了室內(nèi)試驗，研究結(jié)果顯示其各方面性能較優(yōu)。楊朝輝[5]通過室內(nèi)試驗對添加三種不同高模量劑的混合料性能進行了試驗研究，結(jié)果顯示SBS與高模量劑共同改性的混合料路用性能較好。

本文分別對普通、SBS改性、SBS與高模量劑共同改性三種類型的混合料的高低溫、水穩(wěn)性進行了試驗分析，并采用抗壓強度、回彈模量和動態(tài)模量三種指標對其力學特性進行了評價。

1 試驗

1.1 原材料

1)瀝青。

本次試驗采用SBS I-C改性瀝青和70號A級普通瀝青，其各項指標如表1，表2所示。

2)高模量劑。

本文采用高模量改性劑PRM進行試驗，需存放于干燥處以防受潮。技術(shù)指標如表3所示。

1.2 混合料

采用AC-13混合料級配，選取規(guī)范中設(shè)計級配中值作為混合料的礦料級配，圖1為AC-13型級配曲線。礦料選用石灰?guī)r，分別制備普通、SBS改性、SBS與高模量劑共同改性三種瀝青混合料，PRM的添加量為總質(zhì)量的0.4%。

表1 國創(chuàng)SBS I-C改性瀝青技術(shù)指標

表2 70號A級普通瀝青技術(shù)指標

表3 PRM高模量劑技術(shù)指標

1.3 試驗方案

按照行業(yè)標準JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中的要求，分別成型試件，采用車轍、低溫彎曲、凍融劈裂試驗測試試件的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，采用抗壓強度、回彈模量和動態(tài)模量來測試試件在荷載作用下抵抗破壞和永久變形的性能。

1.1 資料來源 隨機抽取2017年6-12月本院轄區(qū)內(nèi)5所幼兒園2～5歲兒童作為研究對象，共計對614名兒童進行皮膚檢查，其中男357名，女257名；2歲、3歲、4歲和5歲分別為140名、173名、168名和133名。

2 作用機理

高模量劑通過外摻的方法加入到混合料中，添加后經(jīng)過拌和過程與集料在高溫條件下發(fā)生碰撞、剪切，產(chǎn)生熔融，均勻的分散到混合料中，并與瀝青發(fā)生膠結(jié)，在高溫施工碾壓作用下，高模量劑變軟填充到混合料中，增加了其密實程度，材料間的作用力變大。高模量劑添加后與礦料產(chǎn)生嵌擠，與瀝青產(chǎn)生膠結(jié)，提升了混合料的模量和承受荷載性能，從而大大提升了混合料的耐久性。

3 結(jié)果與討論

3.1 路用性能分析

3.1.1高溫穩(wěn)定性

車轍試驗可反映混合料在高溫條件下，受到荷載作用抵抗發(fā)生形變的能力，三種混合料類型試件的試驗結(jié)果如圖2所示，60 min試驗結(jié)束后的總變形量如圖3所示。由試驗結(jié)果可知，相比普通和SBS改性瀝青混合料，采用SBS與PRM高模量劑共同改性的混合料試件動穩(wěn)定度測試值分別提升了255%，79%，車轍總變形量分別降低了63%，38%。PRM的摻加明顯提高了試件的高溫性能和抵抗永久變形的性能。SBS與PRM高模量劑共同改性后混合料抵抗高溫車轍變形的能力較優(yōu)。

3.1.2低溫抗裂性

通過小梁低溫彎曲破壞試驗，對三種混合料類型試件的低溫性能進行研究分析，測試結(jié)果如圖4所示。相較于普通瀝青混合料，SBS改性和SBS與PRM高模量劑復(fù)合改性后彎拉強度、彎拉應(yīng)變均有一定程度的提升，兩者相差不大，添加PRM會導(dǎo)致SBS改性混合料低溫彎拉應(yīng)變稍微減小，但從彎曲勁度模量結(jié)果分析，摻加PRM后有所增加。因此，SBS與PRM復(fù)合改性混合料的低溫性較為良好，也可以采取添加纖維等方式對低溫性進一步改善[6]。

3.1.3水穩(wěn)定性

采用凍融劈裂試驗對三種混合料類型試件的水穩(wěn)性進行研究分析，試件經(jīng)過凍融及未凍融過程，測得的劈裂強度數(shù)值結(jié)果如圖5所示。未進行凍融試件的劈裂強度分別為0.86 MPa,0.91 MPa,0.94 MPa，凍融后的劈裂強度分別為0.71 MPa，0.79 MPa，0.83 MPa，凍融劈裂殘留強度比分別為82.6%，86.8%，88.3%。結(jié)果表明，SBS與PRM共同改性作用下混合料的抗水損害性能為最佳。PRM高模量劑在瀝青混合料中起到填充密實作用，同時在高溫拌和中熔融吸附一部分瀝青，起到粘結(jié)增強作用，因此增強了劈裂強度和水穩(wěn)定性能。

3.2 力學性能分析

混合料的回彈模量體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)層材料抵抗可恢復(fù)變形的性能，抗壓強度反映其抵抗荷載破壞的能力。本文采用20 ℃條件下的單軸壓縮試驗對三種混合料類型的抗壓強度和回彈模量進行檢測，試驗結(jié)果如圖6，圖7所示。三種不同混合料類型的抗壓強度和回彈模量結(jié)果均為：SBS與PRM復(fù)合改性混合料>SBS改性瀝青混合料>普通瀝青混合料，相較于另兩種混合料，SBS與PRM共同改性后的混合料試件抗壓強度分別提升了63%,41%，回彈模量分別提升了59%,10%。由結(jié)果可知，在受到荷載作用時，SBS與PRM復(fù)合改性作用下混合料的抵抗破壞和變形的性能較好。

3.2.2動態(tài)模量

路面在實際運營中的力學特性與靜態(tài)作用下有一定的差別，本文根據(jù)實際受力情況的角度，通過測試三種混合料類型試件的動態(tài)模量來對其力學性能評價。在不同溫度條件下三種混合料類型試件的動態(tài)模量檢測結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，三種不同混合料類型的試件動態(tài)模量均隨頻率的增加而增加，隨溫度的升高而減小。在0 ℃，20 ℃，40 ℃和60 ℃溫度下，動態(tài)模量試驗測試結(jié)果均為：SBS與PRM共同改性混合料>SBS改性瀝青混合料>普通瀝青混合料。相對而言，在40 ℃和60 ℃溫度較高情況時，SBS與PRM共同改性混合料試件的動態(tài)模量增長較明顯，表明其在高溫、高速行駛的荷載情況下，具備更好的抵抗變形性能。

4 結(jié)語

1)SBS與PRM共同改性作用下混合料具備較優(yōu)的高溫性和抵抗永久變形的能力。相比于普通和SBS改性瀝青混合料，車轍動穩(wěn)定度檢測值提升了255%，79%，車轍總變形量降低了63%，38%。

2)SBS改性和SBS與PRM共同改性作用下混合料的低溫性良好，兩者相差較小，相比普通瀝青混合料均有一定程度的提升。

3)三種混合料類型中SBS與PRM共同改性作用下混合料的抗水損害能為最佳。PRM高模量劑起到填充密實、粘結(jié)增強的作用，提升了水穩(wěn)定性能。

4)SBS與PRM共同改性混合料的抗壓強度分別提升了63%，41%，回彈模量分別提升了59%，10%。在溫度較高情況下，動態(tài)模量的增長相對較明顯。具備較優(yōu)的力學特性，抵抗荷載破壞和變形的性能較好。尤其在溫度較高的情況下，具備更好的抵抗變形的能力。