基于不同結(jié)構(gòu)類型的高模量天然瀝青混合料性能研究

李 艷

(西安公路研究院有限公司 西安 710065)

0 引言

高模量瀝青混合料因其具有優(yōu)良的高溫抗車轍能力，被國外廣泛應(yīng)用于瀝青路面面層結(jié)構(gòu)中[1]。其中,法國針對高模量瀝青混合料提出了BBME、EME等不同類型混合料的適用條件及要求，并形成了高模量瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)體系[2]。高模量瀝青混合料在國內(nèi)也得到了一定程度的應(yīng)用，長安大學(xué)、江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司等國內(nèi)諸多科研院所近年來均對該項(xiàng)路面技術(shù)進(jìn)行了研究[3]。目前國內(nèi)外對于高模量瀝青混合料的研究，大都針對摻加高模量劑及采用法國高模量級配的混合料性能研究，少見對高模量瀝青膠結(jié)料混合料的相關(guān)研究，以及采用AC類級配高模量瀝青混合料的適用性研究。

高模量天然瀝青混合料是指采用高模量天然瀝青與一定級配結(jié)構(gòu)的礦料組合而成的瀝青混合料[4-5]。目前高速公路瀝青上面層瀝青混合料通常采用AC-13型SBS改性瀝青混合料，中面層瀝青混合料類型為AC-20型SBS改性瀝青混合料[6-8]。為對高模量天然混合料的適用性進(jìn)行研究，本文分別采用SBS改性瀝青、高模量天然瀝青針對AC-13、BBME-13以及AC-20、EME-16等級配的不同結(jié)構(gòu)類型的混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，進(jìn)行路用性能對比，為天然瀝青高模量混合料在高速公路面層中的應(yīng)用提供參考。

1 高模量天然瀝青混合料技術(shù)要求

1.1 級配類型及范圍

天然瀝青高模量混合料級配類型、層位及厚度要求應(yīng)符合表1規(guī)定,混合料級配范圍見表2[9]。

表1 混合料級配類型、層位及厚度要求

表2 混合料礦料級配范圍

1.2 Marshall試驗(yàn)技術(shù)要求

高模量天然瀝青混合料Marshall試驗(yàn)相關(guān)要求見表3～5[10]。

表3 高模量瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求

表4 高模量瀝青混合料路用性能技術(shù)要求

表5 混合料室內(nèi)成型溫度

2 試驗(yàn)方案

分別對上面層及中面層不同結(jié)構(gòu)類型的改性瀝青混合料及天然瀝青高模量混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)檢測及對比，分析瀝青膠結(jié)料及級配類型對瀝青混合料的性能影響。試驗(yàn)擬采用的不同瀝青路面層位及混合料類型見表6。

表6 試驗(yàn)擬采用的不同瀝青路面層位及混合料類型

3 原材料性能檢測

(1)瀝青：瀝青采用SBS改性瀝青以及HMB高模量天然瀝青，性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表7～8。

表7 SBS改性瀝青性能指標(biāo)檢測結(jié)果

表8 HMB高模量瀝青性能指標(biāo)檢測結(jié)果

(2)礦料：所用石料規(guī)格為19～26.5mm、9.5～19mm、9.5～13.2mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、0～2.36mm及礦粉。以上材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果見表9～11。

表9 粗集料基本性能指標(biāo)

表10 細(xì)集料基本性能指標(biāo)

表11 礦粉基本性能指標(biāo)

4 礦料級配設(shè)計(jì)

根據(jù)各種礦料的篩分結(jié)果，AC-13、AC-20、BBME-13、EME-16等不同類型混合料的級配設(shè)計(jì)結(jié)果見表12，級配曲線見圖1～4。

表12 級配設(shè)計(jì)結(jié)果(%)

圖1 AC-13型瀝青混合料合成級配曲線圖

圖2 BBME-13型瀝青混合料合成級配曲線圖

圖3 AC-20瀝青混合料合成級配

圖4 EME-16瀝青混合料合成級配

5 配合比設(shè)計(jì)

按表12的級配設(shè)計(jì)結(jié)果分別進(jìn)行改性瀝青混合料和高模量瀝青混合料的制備，進(jìn)行Marshall試驗(yàn)。其中，改性瀝青混合料Marshall試件成型溫度控制：礦料加熱溫度180～190℃，瀝青加熱溫度160～165℃，混合料拌和溫度170～175℃，試件擊實(shí)溫度155～160℃，雙面擊實(shí)75次；高模量瀝青混合料Marshall試件成型溫度控制：礦料加熱溫度190～200℃，瀝青加熱溫度170～190℃，混合料拌和溫度180～190℃，試件擊實(shí)溫度175～185℃，雙面擊實(shí)75次。

通過不同油石比下，混合料的目標(biāo)空隙率、礦料間隙率等作為主要控制指標(biāo)，按配合比設(shè)計(jì)要求最終確定最佳油石比及最佳油石比下馬歇爾物理-力學(xué)性能指標(biāo)見表13。

表13 最佳瀝青用量時(shí)Marshall試件試驗(yàn)結(jié)果

6 性能試驗(yàn)結(jié)果分析

對SBS改性瀝青及天然高模量瀝青在最佳油石比下的性能試驗(yàn)結(jié)果匯總見表14～15。

表14 上面層瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果匯總

表15 中面層瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果匯總

分析表14～15可知：

(1)經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，SBS改性瀝青混合料與高模量天然瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果及動(dòng)穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比、低溫彎曲破壞應(yīng)變和滲水系數(shù)指標(biāo)滿足要求。

(2)采用AC類結(jié)構(gòu)，高模量天然瀝青混合料瀝青用量整體高于SBS改性瀝青混合料，由于AC類瀝青混合料屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，高模量天然瀝青自重大，填充空隙時(shí)用量較多；路用性能基本相當(dāng)，高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能略優(yōu)，高模量天然瀝青在硬質(zhì)瀝青和聚合物改性劑的作用下增強(qiáng)了黏聚性，因此在混合料中發(fā)揮了抗車轍的優(yōu)良性能。

(3)對比AC類和BBME/EME類高模量瀝青混合料可知，懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的BBME/EME類高模量瀝青混合料，瀝青用量更大，高溫抗車轍性能及低溫性能更優(yōu)，水穩(wěn)性能與AC類骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)。懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)具有低空隙率的特點(diǎn)，且懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的高模量瀝青混合料采用的高模量天然瀝青用量較大，混合料中的細(xì)料與高模量天然瀝青充分混溶致使表面瀝青膜增厚，提升了高模量瀝青混合料黏聚力，從而提高了其抗彎拉強(qiáng)度和韌性，體現(xiàn)出了優(yōu)良的高溫抗車轍能力及低溫抗裂性能。

7 結(jié)論

(1)經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，SBS改性瀝青混合料與天然瀝青高模量混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果及動(dòng)穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比、低溫彎曲破壞應(yīng)變和滲水系數(shù)指標(biāo)滿足要求。

(2)天然瀝青高模量混合料的瀝青用量比SBS改性瀝青混合料的高0.7%～1.0%；采用AC類骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)時(shí)，二者路用性能基本相當(dāng)，高模量瀝青混合料高溫抗車轍性能較改性瀝青混合料高5%～13%。

(3)懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的BBME/EME類高模量瀝青混合料，具有低空隙率、高瀝青用量的特點(diǎn)，高溫抗車轍性能及低溫抗裂性能優(yōu)良。