AC-13型SBS改性瀝青混合料性能試驗及應(yīng)用研究

王俊青

(山西省文水公路管理段 呂梁市 032100)

0 引言

為了適應(yīng)我國道路運輸重載大、交通量大的特點，同時減少路面早期病害的發(fā)生，我國在道路建設(shè)中較大范圍地采用了改性瀝青，而SBS改性瀝青即是其中最典型的代表。

國外自上世紀80年代中期開始逐漸采用SBS作為主要瀝青改性劑，國外研究發(fā)現(xiàn)SBS改性劑的摻入可以將瀝青混合料抗車轍性能提高近10倍，同時顯著增強混合料的抗裂能力，可達4倍[1-3]。我國對SBS改性劑的研究起步較晚，但短時間內(nèi)取得了較為廣泛的成果，黃衛(wèi)東等[4]基于微端角度全面細致地解讀了SBS改性瀝青的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點。目前，SBS改性瀝青已在我國各重要公路上廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)對于SBS改性劑的摻量研究較少，其摻量多采用經(jīng)驗法確定，缺乏系統(tǒng)的試驗與應(yīng)用支撐。

研究了SBS改性瀝青AC-13型瀝青混合料的相關(guān)性能，并在實際工程中檢驗了其應(yīng)用效果。

1 室內(nèi)試驗

1.1 試驗材料

(1)瀝青：采用齊魯石化生產(chǎn)的基質(zhì)瀝青(東海牌70A)，參照規(guī)范[5]進行檢測，如表1。

表1 基質(zhì)瀝青檢測結(jié)果

(2)集料：材料同工地現(xiàn)場，參照規(guī)范[5]進行檢測，如表2。所用粗集料為石灰?guī)r，細集料為石屑，礦粉為研磨后的石灰石礦粉。

表2 碎石集料的性能檢測結(jié)果

1.2 SBS改性瀝青的制備

選用FLUKO高速剪切機，制備步驟如下：首先將基質(zhì)瀝青加熱至160℃，接著分別將不同摻量的SBS加入基質(zhì)瀝青中，摻量分別取3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%。然后設(shè)定剪切機的轉(zhuǎn)速與剪切時間分別為5000r/min、45min，對改性瀝青進行剪切，使得SBS顆粒在瀝青中分散均勻，最后將改性瀝青轉(zhuǎn)至180℃恒溫烘箱中發(fā)育2h。

1.3 改性瀝青混合料配合比設(shè)計

(1)礦料級配

采用AC-13型礦料級配，級配設(shè)計見表3。

表3 混合料級配組成(AC-13)

(2)油石比設(shè)計

采用馬歇爾試驗，首先預(yù)估選取4.5%作為油石比中值，并以0.5%的間隔增加4種油石比，根據(jù)設(shè)定油石比分別成型馬歇爾試件，每組制備5個平行試樣進行試驗，如表4，參照規(guī)范[5]計算后取油石比的最佳值為4.9%。

表4 馬歇爾試驗結(jié)果

1.4 試驗方案

參照相關(guān)規(guī)范標準[6]，分別制備不同SBS摻量下改性瀝青混合料試件進行相關(guān)室內(nèi)試驗。

2 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗進行檢驗，試驗設(shè)備為LDCZ-8S 型全自動車轍試驗機，試驗溫度60℃，軸載設(shè)定0.7MPa，加載速率42次/min。試驗結(jié)果如表5、圖1所示。

表5 車轍試驗結(jié)果

圖1 車轍試驗結(jié)果

由圖1可知，一方面，不同SBS摻量下的混合料動穩(wěn)定度均大于2800次/mm，表明SBS改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能優(yōu)異，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范[5]要求，可用于炎熱地區(qū)。另一方面，動穩(wěn)定度隨著SBS摻量的增加而增加，相比于摻量3%，動穩(wěn)定度在摻量為4.5%時，提高了56.1%。但當SBS摻量進一步加大為5%時，相比于摻量4.5%，混合料動穩(wěn)定度僅提高了5.7%，因此，綜合經(jīng)濟性考慮，SBS的最佳摻入量應(yīng)取4.5%。

2.2 低溫抗裂性能

采用小梁彎曲試驗進行測定，結(jié)果見表6、圖2。儀器為MTS-810型試驗機，確定加載速率與溫度分別為50mm/min、-10℃。

表6 小梁彎曲試驗結(jié)果

圖2 彎拉破壞應(yīng)變與SBS摻入量的關(guān)系

由圖2可知，混合料的破壞應(yīng)變在4%SBS摻量時最大，達到了3070.2με，其次為4.5%，破壞應(yīng)變?yōu)?988.4με，二者相差不大。但當SBS摻量超過4.5%后，試件破壞應(yīng)變大幅度降低，這是因為摻量過高后，瀝青混合料粘稠度相應(yīng)增加，脆性隨之加大，導(dǎo)致低溫彈性降低。另外，當SBS摻量過低時，如摻量為3%時，試件的破壞應(yīng)變較低，這是因為低摻量的SBS尚不足以使瀝青混合料形成完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘結(jié)力不夠。

另外，從表6數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不同摻量下SBS改性瀝青混合料彎拉破壞應(yīng)變均滿足相應(yīng)規(guī)范要求[5]，但破壞應(yīng)變值均不是很大。這是因為高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性能往往相互制約，性能檢驗時應(yīng)針對改性目的進行，如以增強高溫穩(wěn)定性為目的，則低溫性能按普通瀝青混合料執(zhí)行即可。

2.3 水穩(wěn)定性能

測試SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性時采用浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗綜合進行檢測，其中浸水馬歇爾試件分為兩組，普通組60℃水浴養(yǎng)護0.5h，另一組60℃水浴養(yǎng)護48h，分別測定殘留穩(wěn)定度。凍融試驗一組25℃水浴養(yǎng)護2h，水浴后測定劈裂時最大荷載。另一組先真空養(yǎng)護15min，接著浸水0.5h后放入-18℃冰箱中，在60℃水浴養(yǎng)護24h，最終轉(zhuǎn)入25℃水中進行2h養(yǎng)護后測定劈裂時最大荷載，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗結(jié)果

由圖3、圖4可知，試件的劈裂強度比與殘留穩(wěn)定度均隨著SBS摻量的增加而增加，但增加幅度有區(qū)別：增加幅度在SBS摻量小于4.5%時增加較快，摻量大于4.5%后增加幅度開始降低。這是因為SBS摻入后，有效增強了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，抗剝落能力隨之增大，因此混合料的水穩(wěn)定性能有較大提高，但當摻入量達到一定程度時，過多的SBS改性劑會吸收瀝青的油分使得起粘附作用的成分減少。因此，考慮到經(jīng)濟效益與混合料的水穩(wěn)定性能，4.5%是較合理的摻量。

圖3 劈裂強度比與SBS摻入量的關(guān)系

圖4 殘留穩(wěn)定度與SBS摻入量的關(guān)系

3 工程應(yīng)用

3.1 試驗路段概況

某市瀝青路面次差路段綜合處治工程為路面養(yǎng)護工程，擬對路面局部強度不足或坑槽嚴重路段進行病害處治。病害處治后的瀝青路面上面層采用SBS改性瀝青混合料(AC-13型)。本次研究選定國道307線K618+255～K618+700段作為試驗路段，現(xiàn)場施工所用瀝青、SBS改性劑及礦料等材料均同室內(nèi)試驗，配合比設(shè)計參照室內(nèi)試驗，油石比取4.9%，SBS摻量取4.5%。試驗路段鋪筑過程中參照相關(guān)規(guī)范要求嚴格控制施工工藝與施工質(zhì)量并及時做好試驗檢測。

3.2 施工要點

(1)SBS改性瀝青的裝車溫度需控制在160℃以上，并及時放置瀝青罐中150℃儲存，到達混合料拌和現(xiàn)場溫度不應(yīng)低于150℃。因為SBS改性瀝青粘度大，低溫將導(dǎo)致管道阻塞。

(2)宜采用間歇式拌和機進行拌和，投料順序如下：倒入熱集料干拌(時間≥7s)→噴入改性瀝青→濕拌(45～55S為宜)→出料。

(3)拌和時，混合料的溫度先后控制要點見表8。

表8 混合料溫度控制要點

其他施工工藝參照相應(yīng)規(guī)范要求進行[5]。

3.3 性能檢測

施工現(xiàn)場對拌和料進行了抽樣檢測，如表9所示。

由表9可知，檢測結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范標準[5]，且與室內(nèi)試驗所測值相差不大，路用性能良好。

表9 抽樣檢測結(jié)果

K618+255～K618+700試驗路段上面層完成鋪筑后，對其相關(guān)性能進行了驗收檢測，如表10所示。

表10 試驗路段上面層驗收檢測結(jié)果

由表10可知，相應(yīng)性能檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求[5]，上面層采用SBS改性瀝青AC-13型混合料施工后表面密實平整，無離析、輪跡、擁包等現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.4 持續(xù)觀測與評價

試驗段國道307線K618+255～K618+700段，車流量大，重載交通多。經(jīng)過一段時間的通車考驗，目前該路段路面平整，無車轍、擁包及裂縫等病害產(chǎn)生，表明SBS改性瀝青混合料的實際應(yīng)用效果優(yōu)異。

4 結(jié)語

(1)摻入SBS后的瀝青混合料，高溫性能顯著提升，但當SBS摻入量超過4.5%后，提高幅度趨緩。

(2) SBS摻量為4%時，瀝青混合料破壞應(yīng)變最大，其次為4.5%，二者數(shù)值相差不大。但當SBS摻入量超過4.5%后，瀝青混合料的破壞應(yīng)變將較大幅度降低。

(3)瀝青混合料的劈裂強度比與殘留穩(wěn)定度均隨著SBS摻量的增加而增加，但增加幅度有區(qū)別：增加幅度在SBS摻量小于4.5%時較大，但摻量大于4.5%后增加幅度開始降低。

(4)SBS改性劑的摻入顯著提升了瀝青混合料的路用性能，綜合經(jīng)濟效益考慮SBS的最佳摻入量為4.5%。

(5)工程應(yīng)用實例表明：瀝青路面的上面層采用SBS改性瀝青AC-13型混合料進行鋪筑后，實際應(yīng)用效果優(yōu)異。