高彈改性瀝青及其混合料SMA13高溫性能優(yōu)化研究

周家強(qiáng)

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336)

1 概述

國(guó)內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中，改性瀝青混合料SMA是最早應(yīng)用的材料之一，早在1997年虎門大橋時(shí)，就采用了改性瀝青混合料SMA鋪裝材料。目前，下面層澆筑式瀝青混合料GA+上面層改性瀝青混合料SMA鋪裝結(jié)構(gòu)已成為我國(guó)大跨徑鋼橋應(yīng)用規(guī)模最大的鋪裝方案[1]。用于橋面鋪裝改性瀝青混合料SMA的瀝青主要分為高黏改性瀝青和高彈改性瀝青[2]。其中，高黏改性瀝青混合料SMA存在抗裂性不足的問(wèn)題，鋪裝層出現(xiàn)了不同程度的開(kāi)裂病害。高彈改性瀝青通過(guò)摻入高彈改性劑材料，顯著提高改性瀝青的疲勞性能和低溫性能[3-4]，鋪裝層則很少出現(xiàn)開(kāi)裂病害，近年來(lái)大部分橋梁均采用高彈改性瀝青SMA。

為了使高彈改性瀝青更好地應(yīng)用于高溫重載地區(qū)的橋面鋪裝，有研究者采用脫油瀝青進(jìn)一步提高改性瀝青及其混合料的熱穩(wěn)定性[5-6]，取得了較好的效果，但對(duì)混合料的低溫抗裂性及水穩(wěn)定性均有不利影響。為了更好地提升高彈改性瀝青的綜合性能，本文采用一種復(fù)合改性劑對(duì)高彈改性瀝青改性，進(jìn)一步提升改性瀝青及其混合料的抗變形能力，改善鋪裝層在長(zhǎng)期高溫重載不利條件下的使用狀況。

2 高彈改性瀝青性能研究

研究復(fù)合改性劑摻量(1%,2%,3%和4%)對(duì)高彈改性瀝青三大指標(biāo)的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3。

從上述結(jié)果可以看出，一定范圍內(nèi)，隨著復(fù)合改性劑摻量的增加，高彈改性瀝青的針入度和5 ℃延度逐漸降低，軟化點(diǎn)逐漸增加，說(shuō)明復(fù)合改性劑改善了高彈改性瀝青的高溫性能，但對(duì)其低溫性能有一定的負(fù)面影響。當(dāng)復(fù)合改性劑摻量為2%時(shí)，高彈改性瀝青的軟化點(diǎn)超過(guò)95 ℃，5 ℃延度超過(guò)50 cm；當(dāng)復(fù)合改性劑摻量為3%時(shí)，高彈改性瀝青的軟化點(diǎn)可達(dá)96.6 ℃，然而其5 ℃延度降低至46.7 cm；當(dāng)復(fù)合改性劑摻量進(jìn)一步增加時(shí)，高彈改性瀝青的5 ℃延度降低至37.1 cm，已不滿足技術(shù)要求(不小于40 cm)。綜合來(lái)看，復(fù)合改性劑的合理?yè)搅繛?%～3%，此時(shí)高彈改性瀝青的綜合性能較為優(yōu)異，能同時(shí)兼顧材料的高低溫性能。在此，本文選擇復(fù)合改性劑的摻量為2%。對(duì)比摻加復(fù)合改性劑的高彈改性瀝青和普通高彈改性瀝青的性能指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高彈改性瀝青性能指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

從表1可以看出，摻加復(fù)合改性劑后，高彈改性瀝青的軟化點(diǎn)增加了6.3 ℃，且135 ℃和175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別增加了315 mPa·s和62 mPa·s，表明其熱穩(wěn)定性有所提升；5 ℃延度減少了8.4 cm，表明其低溫性能略有下降；針入度比和延度比增加，表明其抗老化性能略有提升。就改性瀝青的基本性能而言，摻加復(fù)合改性劑的高彈改性瀝青的整體性能優(yōu)于普通高彈改性瀝青。

3 高彈改性混合料SMA13性能研究

根據(jù)規(guī)范要求[7]進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，粗細(xì)集料均采用玄武巖，填料采用石灰?guī)r礦粉。高彈改性混合料SMA13設(shè)計(jì)級(jí)配結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 高彈改性混合料SMA13設(shè)計(jì)級(jí)配

根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配，初選三個(gè)油石比5.7%,6.0%及6.3%，采用聚酯纖維，相同條件下拌制高彈改性瀝青混合料SMA13，成型馬歇爾試件，測(cè)試混合料的馬歇爾參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 高彈改性瀝青混合料SMA13馬歇爾設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

從表3結(jié)果可以看出，油石比為6.0%的高彈改性瀝青混合料SMA13的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，因此選定6.0%為最佳油石比。

在相同級(jí)配和相同油石比的條件下，成型高彈改性瀝青混合料SMA13試件，進(jìn)行(浸水)馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，對(duì)比兩種混合料SMA13的路用性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 高彈改性瀝青混合料SMA13性能對(duì)比結(jié)果

從表4可以看出，兩種高彈改性瀝青混合料SMA13的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。其中，摻加復(fù)合改性劑的混合料SMA13的70 ℃動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了4 117次/mm，相比未摻加復(fù)合改性劑的混合料SMA13提高了33%，表明復(fù)合改性劑顯著提高了高彈改性瀝青混合料SMA13的高溫抗永久變形能力；摻加復(fù)合改性劑的混合料SMA13的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度分別達(dá)到92.3%和88.5%，略有提高，表明復(fù)合改性劑在一定程度上能提高混合料的水穩(wěn)定性能；摻加復(fù)合改性劑后，混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變有所下降，表明復(fù)合改性劑對(duì)混合料的低溫性能有不利影響，但依然滿足相關(guān)技術(shù)要求；兩種高彈改性瀝青混合料SMA13的四點(diǎn)彎曲疲勞壽命均大于100萬(wàn)次，表明其疲勞性能十分優(yōu)異。

4 結(jié)論

1)一定范圍內(nèi)，隨著復(fù)合改性劑摻量的增加，高彈改性瀝青的針入度逐漸降低，軟化點(diǎn)逐漸增加，5 ℃延度逐漸降低，摻加復(fù)合改性劑降低了材料對(duì)于溫度的敏感程度，提高了高彈改性瀝青的高溫性能，但會(huì)降低材料的低溫性能；同時(shí)，復(fù)合改性劑能提升高彈改性瀝青的抗老化性能。

2)復(fù)合改性劑的合理?yè)搅繛?%～3%，此時(shí)高彈改性瀝青的綜合性能較為優(yōu)異，能同時(shí)兼顧材料的高低溫性能。

3)摻加復(fù)合改性劑的高彈改性瀝青混合料SMA13的70 ℃動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到4 117次/mm，相比普通高彈改性瀝青混合料SMA13提高了33%，混合料高溫穩(wěn)定性得到顯著提高；復(fù)合改性劑在一定程度上能提高混合料的水穩(wěn)定性能，但會(huì)降低混合料的低溫性能。

4)摻加復(fù)合改性劑能提升高彈改性瀝青及其混合料SMA13的整體性能。