關(guān)鍵詞：重載交通 | 瀝青混合料 | 高模量劑

重載交通的出現(xiàn)，導(dǎo)致部分現(xiàn)役高速公路瀝青路面使用性能下降，影響交通運輸安全。為此，本文針對重載交通條件下的高模量瀝青混合料路用性能進行研究，通過相關(guān)試驗，確定瀝青路面zui佳級配類型及高模量劑摻量，旨在保證道路使用性能。

試驗原材料

改性瀝青：瀝青作為重要的膠結(jié)材料，能有效提升混合料的穩(wěn)定性。本研究采用克拉瑪依SBS改性瀝青作為瀝青面層材料，各項性能指標均符合標準要求。

集料：粗細集料均采用質(zhì)地堅硬的玄武巖，表面潔凈，粒徑均勻，針片狀含量及棱角性符合相關(guān)標準要求。

填料：填料作為瀝青混合料重要組成部分，通過與瀝青的結(jié)合，形成膠結(jié)材料，顯著提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本研究礦粉選用石灰?guī)r磨細礦粉，相關(guān)性能指標完全符合標準要求。

高模量劑(PR)：高模量劑作為一種新型高分子聚合物，能有效增強瀝青混合料黏聚力，提高高溫性能。本研究選用的高模量劑各項性能指標完全符合標準要求。

試驗方案設(shè)計

試驗內(nèi)容

本文選用 AC-13、SMA-13、Sup-13 三種級配類型配制瀝青混合料，并依次摻加 0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8% 高模量劑，對不同高模量劑摻量下各種級配混合料路用性能進行研究。主要試驗方法為：高溫車轍、浸水馬歇爾、凍融劈裂、低溫小梁破壞及四點彎曲疲勞試驗。

試驗方法

根據(jù) 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011) 進行各項試驗，具體試驗要求如表1所示。

試驗配合比設(shè)計

本文以高模量劑摻量 0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，分別成型 AC-13、SMA-13、Sup-13 瀝青混合料，探究不同高模量劑摻量下三種混合料路用性能的變化情況。根據(jù)各種混合料基本特征及高模量劑摻量差異，共設(shè)計15組不同類型的瀝青混合料，并對其路用性能進行檢測，各種組合方案油石比如表2所示。

由表2可知：

①高模量劑摻量越大，油石比越小，主要是由于高模量劑內(nèi)部含有黏彈性材料；

②與 SMA-13 相比，AC-13、Sup-13 油石比更低，其根本原因在于 SMA-13 為間斷級配，內(nèi)部粗集料、礦粉含量較大。因此，為保證集料間的黏結(jié)效果，瀝青用量隨之增大。

試驗結(jié)果分析

高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性主要反映瀝青混合料在高溫及交通荷載聯(lián)合作用下的抗變形能力。尤其對于重載交通路段，要求瀝青路面上面層bi須具備良好的抗變形能力。本文通過高溫車轍試驗，動態(tài)模擬交通荷載作用下混合料動穩(wěn)定度變化情況，具體結(jié)果見圖 1。

由圖1可知：

①當高模量劑摻量不斷增大時，其動穩(wěn)定度逐漸增大，但增幅越來越小，當其摻量超過0.6% 時，動穩(wěn)定度增幅明顯降低；

②當高模量劑摻量為0.6% 時，AC-13、SMA-13、Sup-13 動穩(wěn)定度依次為3 784、4 321、4 027 次/mm，與未摻加高模量劑的混合料相比，其高溫穩(wěn)定性依次提升24.87%、34.26%和29.19%。

水穩(wěn)定性

水損破壞主要指瀝青混合料受到水體侵蝕后內(nèi)部瀝青與集料之間黏附能力降低，使得集料、瀝青彼此分離，產(chǎn)生松散、開裂等現(xiàn)象。試驗檢測中常以殘留穩(wěn)定度、劈裂強度比對混合料抗水損能力進行評估。嚴格按照相關(guān)試驗要求成型標準試件，對不同高模量劑摻量下的三種混合料水穩(wěn)定性進行檢測，其浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比變化規(guī)律如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：

①高模量劑摻量越大，殘留穩(wěn)定度、劈裂強度比越大，但增幅較??；

②三種混合料中，AC-13水穩(wěn)定性較好，主要由于其為密級配結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集料分布較為均勻。同時，高模量劑有效增大了各集料之間的擠密作用，使混合料密實度進一步提升，有效阻止水分子滲透，因此其抗水損能力zui佳；而 SMA-13、Sup-13混合料內(nèi)部孔隙相對較大，集料相互分離，從而造成混合料水穩(wěn)定性明顯下降。

低溫抗裂性

為探究三種級配混合料的低溫抗裂性能，嚴格按照相關(guān)標準要求制備低溫小梁試件，利用液壓式壓力機在-10 ℃溫度條件下進行壓力破壞試驗，根據(jù)低溫破壞應(yīng)變對混合料低溫性能進行評價。低溫性能試驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：

①高模量劑摻量越大，破壞應(yīng)變越大，充分表明其低溫抗裂性顯著增強；

②當高模量劑摻量由 0 增至 0.80% 時，AC-13、SMA-13、Sup-13 破壞應(yīng)變依次增大14.31%、28.17% 和28.09%，充分表明高模量劑能有效增強混合料低溫抗裂性能，且 SMA-13、Sup-13混合料低溫性能更加突出；

③相較于 AC-13、Sup-13 混合料，SMA-13混合料的低溫性能更加you秀，抗開裂能力zui佳。

抗疲勞性能

瀝青路面在重載交通作用下極易出現(xiàn)疲勞破壞，嚴重影響路用性能。因此，為有效探究不同高模量劑摻量下三種級配混合料的抗疲勞性能，嚴格按照相關(guān)標準要求開展四點彎曲小梁試驗，通過應(yīng)變水平實施加載，應(yīng)變水平采用650uε，其疲勞壽命變化曲線如圖5所示。

由圖5可知：

①高模量劑摻量越大，瀝青混合料疲勞壽命越長，且 AC-13 抗疲勞性能增幅較大，SMA-13、Sup-13 抗疲勞性能增幅相對較小，充分證明高模量劑對AC-13抗疲勞性能影響較大；

②從整體來看，SMA-13、Sup-13 抗疲勞性能優(yōu)于 AC-13，主要是由于SMA-13、Sup-13內(nèi)部粗骨料嵌擠形成骨架密實結(jié)構(gòu)，耐久性能更加突出；

③高模量劑摻量由0增至0.80%時，AC-13、SMA-13、Sup-13疲勞壽命依次增da45.06%、17.04%和34.97%，充分表明高模量劑能有效增強混合料抗疲勞性能。

工程應(yīng)用

根據(jù)上述研究可知，高模量劑可增強 AC-13、SMA-13、Sup-13混合料的路用性能，且SMA-13混合料路用性能更加突出，用于重載交通路段效果更好。為有效驗證試驗結(jié)果的準確性，本文依托某高速公路項目施工實踐，采用高模量劑摻量為 0.6%的SMA-13與Sup-13混合料進行施工，并與未摻加高模量劑的路段施工效果進行比較。待該項目施工完成后，對其平整度、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)等指標進行檢測，詳細數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知：相較于Sup-13及未摻加高模量劑的瀝青路面，高模量劑摻量為0.6%的SMA-13瀝青路面平整度、構(gòu)造深度及滲水系數(shù)有所提升，但構(gòu)造深度相對較大，主要與 SMA-13 構(gòu)造特征有關(guān)，SMA-13 為典型的骨架密實結(jié)構(gòu)，透水能力也得到大幅提升。

結(jié)論

綜上所述，本文通過室內(nèi)試驗，對高模量劑摻量 0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8% 條件下，AC-13、SMA-13、Sup-13 瀝青混合料路用性能進行檢測分析，得出如下結(jié)論：

1）AC-13、SMA-13、Sup-13三種級配混合料中，SMA-13 抗疲勞及高、低溫性能zui佳，AC-13水穩(wěn)定性zui佳。

2）高模量劑內(nèi)部含有黏彈性材料，能有效增大瀝青混合料內(nèi)部集料之間的黏聚性能，使混合料結(jié)構(gòu)更加密實，總體來看，SMA-13 混合料路用性能更加突出，用于重載交通路段效果更好。

3）工程實踐表明，相較于 Sup-13及未摻加高模量劑的瀝青路面，高模量劑摻量為0.6%的SMA-13 瀝青路面平整度、構(gòu)造深度及滲水系數(shù)有所提升，說明其在重載交通條件下的路用性能更佳。

參考文獻：

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原創(chuàng)作者：楊夢佳，陳欣，中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢

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棱柱體小梁四點彎曲試驗是 2011 年交通部行業(yè)標準《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評價瀝青混合料疲勞性能和測量勁度模量的非常重要的試驗方法。該方法可以在DTS多功能動態(tài)試驗系統(tǒng)中進行，也可以使用單獨式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進行試驗。尤其對于試驗任務(wù)量比較大的單位，因為疲勞試驗可能持續(xù)的時間比較長，幾小時到幾天、甚至幾周，所以配備一套單獨式的瀝青混合料疲勞試驗系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動伺服四點彎曲疲勞試驗機 (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達60Hz的準確加載波形的氣動伺服試驗儀。四點彎曲疲勞試驗機可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞損傷

▍AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點彎曲試驗

▍EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點彎曲試驗 (4PB-PR)

▍T0739-2011 瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗

產(chǎn)品特點

▍試樣通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù)定的夾緊力，保證測試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力通過調(diào)節(jié)電機電流控制。

▍兩個夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點的夾緊和放松。四個試樣夾緊框可實現(xiàn)所有加載點和反力點的旋轉(zhuǎn)和橫向移動。

▍頂部夾緊塊的標志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿骸?/p>

▍氣動伺服系統(tǒng)使用底部氣動加載作動器，配備高性 能氣動伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運行中的自適應(yīng)控制，可始終維持測試所需的應(yīng)力/應(yīng)變。

▍薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實時測量和控制荷載。主軸位移傳感器可實現(xiàn)中間加載框架的準確定位。

▍試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進行控制并測量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形(而不是懸浮式的測量部分變形的方法)，符合相關(guān)標準的要求。

▍基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡單、效率高并符合有關(guān)國際標準。

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