市政道路PE改性瀝青混合料路用性能分析研究

陳江偉,張中新,胡 健,周 賢

(中國(guó)建筑第七工程有限公司,河南 鄭州 450000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,人們逐漸將車輛作為主要代步工具,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的步行方式,因此,針對(duì)各個(gè)地區(qū)進(jìn)行市政道路的修補(bǔ)與擴(kuò)建與日俱增。市政道路進(jìn)行修建過程中,瀝青混合料是主要材料。研究表明,該材料易受環(huán)境的影響造成市政道路出現(xiàn)不同程度的損害,延長(zhǎng)路面的使用壽命是當(dāng)下亟待解決的問題。為此,眾多學(xué)者針對(duì)路面的結(jié)構(gòu)、材料等方面進(jìn)行研究,通過研究發(fā)現(xiàn),將PE改性劑摻入瀝青混合料中可有效解決該問題,但摻量過多可削弱材料的穩(wěn)定性,基于此,本文針對(duì)改性劑的摻量進(jìn)行主要研究。

1 PE改性瀝青混合料的配比設(shè)計(jì)

1.1 材料選擇

瀝青混合料主要由礦料和瀝青結(jié)合料通過拌和程序,最終形成一種內(nèi)部不完全均勻的材料。針對(duì)瀝青混合料進(jìn)行配比設(shè)計(jì)過程中,選擇PE改性瀝青作為主要原材料,而集料主要采用石灰?guī)r,級(jí)配選用AC-16?；旌狭系母黜?xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)[1]。

1.2 再生方案設(shè)計(jì)

為促進(jìn)PE改性瀝青混合料的再生,針對(duì)老化后的混合料設(shè)計(jì)出再生方案：在舊料的基礎(chǔ)上摻入新料,向拌和好的材料中加入再生劑,使其恢復(fù)到規(guī)范所規(guī)定的下限值。該方案中采用的舊料為長(zhǎng)期老化后的混合料,再生劑為OP-1100（其比例占舊瀝青質(zhì)量的20%左右）,新混合料為道路A級(jí)70號(hào)瀝青混合料,針對(duì)新混合料和舊混合料進(jìn)行配比過程中,其質(zhì)量的比值為15：85,而再生劑與舊瀝青混合料的質(zhì)量比為1：100,AC-16級(jí)配曲線如圖1所示[2]。

圖1 AC-16級(jí)配曲線Fig. 1 AC-16 grading curve

2 PE改性瀝青性能試驗(yàn)研究

在改性瀝青性能試驗(yàn)過程中主要選取5種不同摻量的PE改性劑,并將PE改性劑摻入基質(zhì)瀝青中,而PE改性劑的摻量分別為0%、1.5%、3%、4.5%、6%?？赏ㄟ^針入度、軟化點(diǎn)、黏度等指標(biāo)進(jìn)行研究,在材料選擇方面,PE改性劑材料型號(hào)為PEⅢ-B,而瀝青將選用普通的70#基質(zhì)瀝青,70#基質(zhì)瀝青性能技術(shù)指標(biāo)見表1[3]。

表1 70#基質(zhì)瀝青性能技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indexes of matrix asphalt 70 #

PE改性瀝青制備過程：首先將基質(zhì)瀝青在120℃的烘箱中進(jìn)行加熱,將加熱完畢的基質(zhì)瀝青倒入高速剪切儀器中進(jìn)行剪切攪拌,在其中加入PE改性劑,使其形成PE改性瀝青,改性瀝青制備完成后,將其置于135℃的烘箱中靜置30min。針對(duì)PE改性的瀝青性能進(jìn)行相關(guān)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見表2[4]。

表2 PE改性瀝青性能測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of PE modified asphalt performance

從表2中的測(cè)試結(jié)果可觀察到,改性瀝青的性能隨PE改性劑摻量的變化而變化,PE改性瀝青技術(shù)指標(biāo)隨PE改性劑摻量變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 PE改性瀝青技術(shù)指標(biāo)隨參量變化規(guī)律Fig.2 The technical indicators of PE modifi ed asphalt change with the parameters

由圖2中可看出,隨著改性劑的不斷增長(zhǎng),軟化點(diǎn)和黏度也處于不斷增長(zhǎng)狀態(tài),但在PE改性劑過量的情況下,可造成瀝青混合料的性能提升速率減慢。通過研究發(fā)現(xiàn),PE改性瀝青的制備方法為濕法,而路面在施工過程中主要應(yīng)用直投式干法,與實(shí)際情況存在較大差異。為此,針對(duì)PE改性劑加入瀝青混合料中,對(duì)于瀝青混合料性能產(chǎn)生的影響進(jìn)一步分析[5]。

3 PE改性瀝青混合料路用性能分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

傳統(tǒng)瀝青混合料的油脂組分易在高溫環(huán)境下發(fā)生變形和遷移,造成瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,該現(xiàn)象可直接使路面出現(xiàn)車轍、泛油等情況的發(fā)生。為此,本文針對(duì)PE改性瀝青混合料的性能進(jìn)行深入研究,試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著改性劑摻量的逐漸增加,瀝青混合料的總變形與改性劑摻量呈反比變化。通過分析可知,改性劑對(duì)于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性具有控制作用,但并非高溫穩(wěn)定性越高,該材料的性能就越好,應(yīng)結(jié)合多方面指標(biāo)共同考量,總變形-PE改性劑摻量如圖3所示[6]。

圖3 總變形-PE改性劑摻量變化曲線Fig.3 Total deformation-PE modifier content change curve

3.2 水穩(wěn)定性

通過瀝青混合料的水穩(wěn)定性程度,可判斷出瀝青混合料在水損傷的情況下,性能是否隨著水穩(wěn)定性的受損而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)改變,以此判斷該材料的優(yōu)劣,其中水損傷主要包括雨水的沖刷浸潤(rùn)、低溫環(huán)境下造成的凍融現(xiàn)象等情況。采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,該材料具有良好的水穩(wěn)定性,但是若改性劑出現(xiàn)過量情況,可造成材料的穩(wěn)定性處于不平衡狀態(tài)[7]。

3.3 低溫抗裂性

通過研究表明,瀝青混合料在外界溫度強(qiáng)烈刺激下,可造成材料自身的拉伸強(qiáng)度小于溫度應(yīng)力,從而導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)裂縫。采用小梁低溫彎曲試驗(yàn)針對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行研究,試驗(yàn)結(jié)果表明改性劑可有效增強(qiáng)材料的抗開裂能力,其根本原因是PE改性劑內(nèi)的彈性組分與瀝青混合料充分融合后,可抵擋瀝青混合料在低溫狀態(tài)下出現(xiàn)變形,并且在一定程度上可提升該材料的路用性能,但PE改性劑的摻量應(yīng)嚴(yán)格把控,防止改性劑過多而削弱材料的性能。

3.4 PE改性劑無(wú)量綱化摻量比選

通過上述研究表明,PE改性劑可有效彌補(bǔ)瀝青混合料存在的缺陷,但改性劑的摻量過多時(shí),可削弱材料的性能。針對(duì)PE改性劑進(jìn)行無(wú)量綱化評(píng)價(jià)模型建立,無(wú)量綱化PE改性劑摻量?jī)?yōu)選見表3[8]。

表3 無(wú)量綱化PE改性劑摻量?jī)?yōu)選Table 3 The dosage of no dimensioned PE modifier is preferred

為針對(duì)無(wú)量綱化評(píng)價(jià)模型中存在的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行排列,將其賦予一定權(quán)重,動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、熔融劈裂強(qiáng)度比、破壞應(yīng)變的權(quán)重幅值分別是1/3、1/6、1/6、1/3,將權(quán)重幅值與權(quán)重進(jìn)行成績(jī)計(jì)算,并結(jié)合市政道路的實(shí)際施工狀況,最終將PE改性劑的摻量定為4.5%,該摻量下的改性劑可有效保證瀝青混合料的基本性能,可將其應(yīng)用于實(shí)際施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

PE改性劑屬于一種低成本、高性能的路面材料添加劑。通過研究表明,PE改性劑可有效彌補(bǔ)瀝青混合料存在的缺陷問題,并具有一定改善作用,但PE改性劑摻量超出閾值,可削弱材料的穩(wěn)定性,通過計(jì)算和試驗(yàn),最終將改性劑的摻量定為4.5%,該摻量下的材料具有較長(zhǎng)的使用壽命,可應(yīng)用于路面施工建設(shè)中。