SBS改性瀝青混合料AC-25低溫性能研究

宋云祥 宋鴿

摘 要：為了解瀝青混合料低溫性能，以連續(xù)型級配瀝青混合料為例，通過-10℃小梁彎曲試驗進(jìn)行其低溫抗裂性能評價與分析，主要涉及抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變等評價指標(biāo)。主要針對不同級配、不同RA抗車轍劑摻量及不同級配類型對瀝青混合料低溫性能的影響進(jìn)行研究，以期能夠改善SBS改性瀝青混合料AC-25的低溫性能，延長工程使用壽命。關(guān)鍵詞：瀝青路面;SBS改性瀝青混合料;低溫性能;不同級配

中圖分類號：U414.03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0004-03

1 不同級配對瀝青混合料低溫性能的影響

在瀝青混合料低溫性能評價當(dāng)中，抗彎拉強(qiáng)度是最常見的低溫性能評價指標(biāo)，通過抗彎拉強(qiáng)度可以準(zhǔn)確低溫條件下，瀝青混合料抵抗拉應(yīng)力的能力情況。一般來講，抗彎拉強(qiáng)度越大，則混合料抗低溫拉應(yīng)力能力越好，兩者呈正比。低溫條件下，瀝青混合料的變形能力可由最大彎拉應(yīng)變反映，最大彎拉應(yīng)變增加，則混合料的抗變形能力越好。除此之外，還需要考慮彎曲勁度模量，彎曲勁度模量越高，越容易出現(xiàn)混合料裂縫[1]。

1.1 小梁彎曲試驗分析

按照公路瀝青混合料現(xiàn)行試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，在瀝青混合料低溫性能評價中，可采用小梁彎曲試驗。此次以萬能材料試驗機(jī)完成測定。試驗流程如下：

通過輪碾壓成型，車轍板的尺寸為300 mm（長）× 300 mm（寬）×100 mm（厚）;

通過切割機(jī)切割成尺寸滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的小梁試件，試件尺寸為250 mm（長）×30 mm（寬）×35 mm（高）;

設(shè)定一組試驗的根數(shù)，每組4根小梁試件;

設(shè)定-10℃試驗溫度，確定單點(diǎn)集中加載方式，確定跨徑、加載速率;

按照既定公式計算小梁彎曲破壞時的三個評價指標(biāo)，即抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變、彎曲勁度模量。

抗彎拉強(qiáng)度計算公式如下：

RB=3LPB/2bh2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

試件破壞條件下，RB代表抗彎拉強(qiáng)度;L代表試件跨徑;PB代表最大破壞荷載;h代表跨中斷面試件高度;b代表跨中斷面試件的寬度。

最大彎拉應(yīng)變計算公式如下：

εB=6hd/L2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

試件破壞條件下，εB代表最大彎拉應(yīng)變;d代表跨中撓度。

彎曲勁度模量計算公式如下：

SB=RB/εB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

試件破壞條件下，SB代表彎曲勁度模量。

1.2 小梁彎曲試驗結(jié)果

表1為-10℃條件下，不同級配瀝青混合料的小梁彎曲試驗檢測結(jié)果。

由此可見，對于瀝青混合料的低溫抗裂能力來講，主要決定因素在于2點(diǎn)：02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

低溫斷裂條件下，混合料所承受的最大破壞荷載的大小;低溫條件下，瀝青混合料的抗變形能力，也就是最大彎沉應(yīng)變。

通過表1可知，在-10℃低溫條件下，按照從高到低的順序依次排列，上述四種連續(xù)型密級配瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變當(dāng)中，最高值為AC-25-1級配，最低值為AC-25-3級配，但總體來講，上述4種連續(xù)型密級配瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變值都可達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（≥2 500），從而表明，搗實(shí)試驗設(shè)計的級配穩(wěn)定性較好。

由各級配極限彎拉勁度模量檢測結(jié)果可見，在相同低溫條件下，AC-25-3級配的彎曲勁度模量最高，可以達(dá)到3 600 MPa，AC-25-1級配的彎曲勁度模量最小，為2 800 MPa。一般來講，瀝青混合料的彎曲勁度模量越高，則說明其低溫抗裂性能越差。由此可見，在不同級配瀝青混合料當(dāng)中，低溫抗裂性能較高的級配為AC-25-1與AC-25-2。究其原因在于上述兩個級配的油石比偏大，瀝青混合料當(dāng)中瀝青用量大，在低溫環(huán)境下，瀝青材料具有較強(qiáng)的變形能力，增強(qiáng)了混合料的低溫穩(wěn)定性。這也說明了，瀝青混合料的低溫性能與最佳油石比之間存在必然的聯(lián)系。

2 RA抗車轍劑摻量對瀝青混合料低溫性能的影響

-10℃低溫條件下，針對四種不同級配瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗，為了詳細(xì)了解瀝青混合料的低溫性能，提出了不同RA抗車轍劑摻量的對比分析，RA摻量分為5類，即0、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，從而獲取不同級配混合料的最大破壞荷載、破壞跨中撓度、抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變及極限彎拉勁度模量等指標(biāo)[2]。

當(dāng)RA摻量為0時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為934 N，破壞跨中撓度為0.55 mm，抗彎拉強(qiáng)度為7.618 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)?190（10-6） MPa，極限彎拉勁度模量為3 215 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為970 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.035 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 770（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 608 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 035 N，破壞跨中撓度為0.42 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.450 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)?570（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 880 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 040 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.560 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 548（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 780 MPa。

當(dāng)RA摻量為0.2%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 050 N，破壞跨中撓度為0.53 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.028 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 350（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 172 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 110 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.175 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 995（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 605 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 185 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.470 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 850（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 812 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 123 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.602 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 810（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 730 MPa。

當(dāng)RA摻量為0.3%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 127 N，破壞跨中撓度為0.54 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.105 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 355（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 045 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 180 N，破壞跨中撓度為0.36 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.225 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 058（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 506 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 245 N，破壞跨中撓度為0.38 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.527 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 890（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 762 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 190 N，破壞跨中撓度為0.44 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.625 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 840（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3612 MPa。

當(dāng)RA摻量為0.4%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 145 N，破壞跨中撓度為0.55 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.121 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 400（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為2 945 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 275 N，破壞跨中撓度為0.37 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.365 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 060（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3363 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 332 N，破壞跨中撓度為0.39 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.580 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 905（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3735 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 270 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.679 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 950（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 501 MPa。

當(dāng)RA摻量為0.5%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 176 N，破壞跨中撓度為0.57 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.099 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 368（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為2 915 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 289 N，破壞跨中撓度為0.37 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.397 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 078（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 279 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 372 N，破壞跨中撓度為0.43 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.610 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 798（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 669 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 328 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.714 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 953（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 499 MPa。02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

與普通瀝青混合料相比，摻加一定量RA抗車轍劑的瀝青混合料的低溫最大彎拉應(yīng)變相對較大，可以達(dá)到我國現(xiàn)行瀝青混合料施工規(guī)范要求，但與此同時也可以看出，瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變并非隨著RA摻量的不斷增長而增長，當(dāng)RA摻量達(dá)到0.3%的情況下，瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變值最高，隨后下降。通過摻加RA抗車轍劑，可以進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度。在不同RA摻量條件下，摻加量越大，則瀝青混合料的極限彎拉勁度模量不增反降，說明RA摻量達(dá)到0.5%時，瀝青混合料的極限彎拉勁度模量最小，混合料的低溫抗裂性能最好?？偠灾?，對于瀝青混合料低溫性能而言，摻加適量RA抗車轍劑具有一定改善作用[3]。

3 不同級配類型對瀝青混合料低溫性能的對比分析

通過上述分析，為了解不同級配類型是否會影響瀝青混合料的低溫性能，本文針對AC-25-3級配、Sup-25級配、KH-25級配三種不同類型進(jìn)行了對比分析。在試驗中，采取同一材料進(jìn)行車轍試件的加工與制作，隨后利用切割機(jī)進(jìn)行小梁試件的切割，試件的尺寸為250 mm（長）×30 mm（寬）×35 mm（高），小梁彎曲試驗的試驗溫度仍以-10℃低溫為準(zhǔn)，檢測指標(biāo)包括：最大破壞荷載、破壞跨中撓度、抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變與極限彎拉勁度模量。

3.1 AC-25-3級配

當(dāng)油石比為3.9%時，最大破壞荷載為1 036 N，破壞跨中撓度為0.43 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.455 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 795（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 670 MPa。

3.2 Sup-25級配

當(dāng)油石比為3.8%時，最大破壞荷載為1 018 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.325 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 635（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 898 MPa。

3.3 KH-25級配

當(dāng)油石比為4.2%時，最大破壞荷載為990 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強(qiáng)度為8.278 MPa，最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 892（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 460 MPa。

通過檢測結(jié)果可知，在三種級配類型當(dāng)中，按照從高到低的順序依次排列，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度為AC-25-3級配>Sup-25級配>KH-25級配。由此說明，在三種不同級配類型的瀝青混合料當(dāng)中，最大彎拉應(yīng)變均可滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，其中AC-25-3級配瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度最大，則其低溫抗拉能力最好。瀝青混合料的最大彎曲應(yīng)變?yōu)镵H-25級配>AC-25-3級配>Sup-25級配。瀝青混合料的彎拉勁度模量為Sup-25級配>AC-25-3級配>KH-25級配。結(jié)合上述分析，3種不同級配類型的瀝青混合料當(dāng)中，低溫變形能力最高的為KH-25級配，其次為AC-25-3級配，最后為Sup-25級配。KH-25級配瀝青混合料的低溫變形能力最好的主要原因在于此類混合料當(dāng)中礦粉用量、瀝青用量都較多，在低溫條件下，瀝青材料具有較強(qiáng)的變形能力，說明相比其他兩種級配類型，KH-25級配低溫性能較好。但結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、施工當(dāng)?shù)貧鉁亍⒔涤甑纫蛩乜紤]，最終認(rèn)為級配類型以AC-25-3級配最佳。

4 結(jié)語

綜上所述，本文以連續(xù)型密級配瀝青混合料低溫性能為例進(jìn)行分析，為了有效提升AC-25瀝青混合料的低溫性能，分別對不同級配、不同RA抗車轍劑摻量、不同級配類型條件下是否會影響SBS改性瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行評價分析。所得結(jié)論如下：

在不同級配影響分析中，在-10℃低溫條件下，AC-25-3級配的彎曲勁度模量最高，AC-25-1級配的彎曲勁度模量最小。不同級配瀝青混合料當(dāng)中，低溫抗裂性能較高的級配為AC-25-1與AC-25-2。究其原因在于上述兩個級配的油石比偏大，瀝青混合料當(dāng)中瀝青用量大，在低溫環(huán)境下，瀝青材料具有較強(qiáng)的變形能力，增強(qiáng)了混合料的低溫穩(wěn)定性。以上分析說明瀝青混合料的低溫性能與最佳油石比之間存在很大關(guān)系。

在不同RA抗車轍劑摻量條件下，對于SBS改性瀝青混合料低溫性能來講，摻加適量RA抗車轍劑可以起到一定改善作用，其中最佳摻量配比為0.3%。

在不同級配類型影響分析中，三種不同級配類型的瀝青混合料當(dāng)中，低溫變形能力最高的為KH-25級配，其次為AC-25-3級配，最低為Sup-25級配。但結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、施工當(dāng)?shù)貧鉁?、降雨等因素考慮，最終認(rèn)為AC-25-3級配最為合適。

參考文獻(xiàn)

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