高粘瀝青SMA-13試驗(yàn)段路用性能試驗(yàn)研究

周 勇，蔣龍松，張洪波，劉 康

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017)

瀝青路面作為柔性路面材料，在夏季高溫行車荷載往復(fù)碾壓下，容易產(chǎn)生車轍和推移病害。某干線公路不同路段基本都存在車轍病害，尤其是在道路交叉口位置較為嚴(yán)重。交叉口處車流渠化交通嚴(yán)重，車速慢，車輛剎車、制動(dòng)頻繁，對(duì)路面變形能力要求嚴(yán)格。交叉口往往是路面病害集中位置，更容易出現(xiàn)車轍和推移病害。瀝青路面產(chǎn)生車轍后，不僅影響行車舒適性，而且嚴(yán)重影響平整度和路表排水能力，對(duì)行車安全產(chǎn)生一定的威脅，大大降低了公路服務(wù)水平，且誘發(fā)其他路面病害的產(chǎn)生。由于路表瀝青路面更容易受到雨水和行車荷載作用，要求瀝青對(duì)集料具有高粘附性和包裹耐久性，還要具有抗剝落性，避免集料剝離損失而失去防水作用。因此，表層瀝青應(yīng)具有較高的粘性和高溫性能。

高粘瀝青主要是通過石油瀝青摻改性劑制備而成。相較于SBS改性瀝青，高粘瀝青具有較高的粘度，尤其是60 ℃動(dòng)力黏度性能優(yōu)異，遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青，具有良好的水穩(wěn)定性。高粘瀝青因具有優(yōu)異的粘度，在夏季高溫時(shí)能夠較好地抵擋路面車轍變形，可以更好的包裹集料，起到防水封閉作用，避免集料飛散等病害。

為了研究高粘瀝青SMA-13路用性能，通過原材料試驗(yàn)評(píng)價(jià)動(dòng)力黏度，以及馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)確定最佳油石比。并通過浸水馬歇爾試驗(yàn)對(duì)比分析高粘瀝青和改性瀝青抗水損害性能，最后通過249江蘇省省道試驗(yàn)段合評(píng)價(jià)高粘瀝青SMA-13和改性瀝青SMA-13路用性能。研究表明：高粘瀝青具有更高的粘度、穩(wěn)定度和流值。在滲水性能方面，高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的抵抗路面水滲透能力。高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的集料抗飛散性。

1 原材料試驗(yàn)

瀝青分別選擇高粘瀝青和SBS改性瀝青，通過原材料試驗(yàn)分析兩種瀝青三大指標(biāo)及粘度，并對(duì)瀝青TFOT后殘留物進(jìn)行分析[1]。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 高粘瀝青與SBS改性瀝青原材料試驗(yàn)

由表1試驗(yàn)結(jié)果可知：相比較SBS改性瀝青，高粘瀝青具有更高的粘度。尤其是高粘瀝青60 ℃動(dòng)力黏度遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青和技術(shù)要求。

結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)[2-4]和目標(biāo)配合比結(jié)果，對(duì)高粘瀝青SMA-13生產(chǎn)配合比進(jìn)行驗(yàn)證分析。通過在設(shè)計(jì)油石比下檢測(cè)混合料馬歇爾體積指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)生產(chǎn)配合比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)油石比，本次生產(chǎn)配合比確定6.1%為基準(zhǔn)油石比。在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行±0.3%下的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。擊實(shí)溫度采用175～185 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 設(shè)計(jì)油石比馬歇爾體積指標(biāo)

表3 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果，及各項(xiàng)體積指標(biāo)與油石比的關(guān)系，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)油石比最終取6.1%。

2 室內(nèi)試驗(yàn)分析

2.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料受水損害的重要手段[5]。通過非條件和條件馬歇爾穩(wěn)定度、流值評(píng)價(jià)瀝青混合料抵抗水損害剝落能力，用來評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性[6-8]。通過浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性，驗(yàn)證配合比設(shè)計(jì)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在最佳瀝青用量下，高粘瀝青SMA-13和改性瀝青SMA-13各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，高粘瀝青SMA-13抗水損害性能良好，滿足技術(shù)要求。

2.2 馬歇爾試驗(yàn)

通過馬歇爾試驗(yàn)測(cè)試混合料體積指標(biāo)和穩(wěn)定度、流值，驗(yàn)證改性瀝青SMA-13和高粘瀝青SMA-13配合比[9，10]。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種SMA-13混合料馬歇爾試件各項(xiàng)體積指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。且高粘瀝青SMA-13穩(wěn)定度和流值均高于改性瀝青。

2.3 抽提試驗(yàn)

對(duì)試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)高粘瀝青SMA-13和改性瀝青SMA-13混合料進(jìn)行取樣，并在室內(nèi)進(jìn)行混合料抽提試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表6所示。

表5 馬歇爾試件各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果

表6 抽提試驗(yàn)結(jié)果

由表6試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)改性瀝青SMA-13而言，油石比偏低，低于控制范圍下限0.01%個(gè)點(diǎn)。級(jí)配曲線偏上限，其中9.5 mm通過率超出控制范圍上限0.6%個(gè)點(diǎn)，級(jí)配偏細(xì)。高粘瀝青SMA-13混合料的油石比及級(jí)配均滿足技術(shù)要求。

3 試驗(yàn)段分析

3.1 碾壓溫度

本次試驗(yàn)段為249省道宿遷段，在生產(chǎn)過程中，對(duì)瀝青混合料出料溫度進(jìn)行抽查，共抽檢了5車運(yùn)料車的混合料溫度，檢測(cè)溫度如表7所示。出料溫度在185～190 ℃之間，瀝青混合料的碾壓溫度基本滿足要求[11，12]。

在生產(chǎn)過程中，瀝青加熱溫度偏低，由于是高粘瀝青，瀝青較粘稠，瀝青泵抽取瀝青的時(shí)間較長(zhǎng)，增加了每盤混合料的生產(chǎn)周期，影響了拌和樓的生產(chǎn)效率。由于高粘瀝青不易存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)，且加熱溫度較高(加熱溫度適宜175～185 ℃)，瀝青在存儲(chǔ)的過程中會(huì)出現(xiàn)溫度下降、離析現(xiàn)象，影響成品混合料的品質(zhì)，建議高粘瀝青堅(jiān)持“隨到隨用”的原則。

表7 瀝青混合料出料溫度檢測(cè)

3.2 厚度及壓實(shí)度

在試驗(yàn)段試鋪碾壓完成后[13]，對(duì)試鋪段改性瀝青SMA-13和高粘瀝青SMA-13上面層進(jìn)行了取芯、滲水試驗(yàn)，并檢測(cè)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)、毛體積、理論壓實(shí)度和密度，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 路面芯樣厚度及壓實(shí)度

由試驗(yàn)結(jié)果可知，改性瀝青SMA-13芯樣厚度單點(diǎn)值及厚度平均值均不滿足要求。芯樣馬氏壓實(shí)度以及理論壓實(shí)度的單點(diǎn)值以及平均值均滿足要求。高粘瀝青SMA-13芯樣厚度單點(diǎn)值及厚度平均值均滿足要求。芯樣馬氏壓實(shí)度以及理論壓實(shí)度的單點(diǎn)值以及平均值均滿足要求。

由滲水試驗(yàn)結(jié)果可知：高粘瀝青各測(cè)點(diǎn)滲水系數(shù)都滿足要求。而改性瀝青有一部分芯樣不滿足滲水要求。在滲水性能方面，高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的抵抗路面水滲透能力。高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的集料抗飛散性，如表9所示。

表9 滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)高粘瀝青與SBS改性瀝青相比，具有更高的粘度、粘韌性和韌性。且高粘瀝青SMA-13穩(wěn)定度和流值均高于改性瀝青。

(2)對(duì)改性瀝青SMA-13而言，油石比偏低，級(jí)配曲線偏上限，級(jí)配偏細(xì)。高粘瀝青SMA-13混合料的油石比及級(jí)配均滿足技術(shù)要求。

(3)高粘瀝青不易存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)，且加熱溫度較高(175～185 ℃)，瀝青在存儲(chǔ)的過程中會(huì)出現(xiàn)溫度下降、離析現(xiàn)象，影響成品混合料的品質(zhì)，高粘瀝青應(yīng)“隨到隨用”。

(4)在滲水性能方面，高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的抵抗路面水滲透能力。高粘瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的集料抗飛散性。