外摻劑類高模量瀝青混合料研究與性能分析

劉明 王萍

【摘 要】本文通過瀝青混合料車轍、動態模量、凍融劈裂、低溫彎曲等常規性能試驗，并結合NCHRP最新研究成果-重復加載永久變形試驗，即流動次數試驗，證明了高模量外摻劑能夠提高瀝青混合料的高低溫性能，且不會損失抗水損壞性能。同時，與SBS改性瀝青混合料相比，外摻劑類高模量瀝青混合料具更好的高溫抗變形能力。

【關鍵詞】高模量瀝青混凝土外摻劑 流動次數 動態模量

1 緒論

隨著國民經濟的發展，道路交通量不斷增大，車轍已成為我國公路瀝青路面早期破損的主要形式之一。國內外研究表明，提高瀝青混合料的模量是解決路面車轍問題的重要手段。近年來，在采用界面改性原理的 “高強度結構瀝青料”提高瀝青混合料的模量得到人們的廣泛重視。本文選擇SBS改性瀝青以及國內外具有代表性的四類高模量瀝青混合料外摻劑PR Module高模量瀝青混合料添加劑、德國DUROFLEX遼寧路寶高模量外摻劑和SHRD高模量瀝青混合料添加劑進行瀝青混合料性能試驗，對比五種瀝青混合料的各項路用性能

2 試驗準備

2.1瀝青

本次試驗采用韓國雙龍70#機制瀝青和SBS改性瀝青，瀝青各項指標均滿足規范要求。

2.2集料

試驗用集料采用山東曹范10～20mm石灰巖，山東長清5～10mm、3～5mm和0～3mm石灰巖，礦粉采用長清石灰巖質礦粉，且集料各項指標均滿足規范要求。

2.3高模量外摻劑

本次高模量瀝青混合料性能評價采用四種高模量外摻劑，其物理指標如表1所示。

表1高模量瀝青混合料外摻劑

名稱

產地

樣品編號

外觀

粒徑（mm）

密度（g/cm3）

軟化點（℃）

熔融指數（g/10min）

SHRD高模量瀝青混合料添加劑

濟南

SHRD

黑色顆粒

3～5

0.92～0.98

120～160

>1

PR Module高模量瀝青混合料添加劑

法國

PR-M

黑色顆粒

2～4

0.93～0.965

170

-

DUROFLEX

德國

D

黑色顆粒

4.75～0.75

1.042

120 ～150

-

路寶

沈陽

LB

灰色顆粒

3～5

0.92～0.98

140

>1

2.4級配

為了減小由于集料差別造成的瀝青混合料性能的誤差，本次試驗對集料進行精篩，采用AC-20級配進行混合料試驗，級配曲線盡量靠近中值。采用馬歇爾試驗方法確定基質瀝青、SBS改性瀝青和基質瀝青加外摻劑瀝青混合料的最佳瀝青用量分別為4.2%、4.2%和4.3%。

3 性能研究

SBS改性瀝青和推薦摻量的四種高模量外摻劑瀝青混合料試驗結果如表2所示。

表2高模量外摻劑和SBS改性瀝青混合料試驗結果

名稱

外摻劑摻量（%）

動穩定度（次/mm）

凍融劈裂抗拉強度比（%）

低溫彎曲破壞最大彎拉應變（με）

動態模量（15℃，10Hz）（MPa）

流變次數（60℃，138KPa，400KPa）（次）

SBS

0

3865

86.7

4046

11560

3276

SHRD

0.3

13285

88.3

4376

17923

7890

PR-M

0.7

11659

82.3

3769

17356

6585

D

0.3

3943

84.9

3135

14897

4036

LB

0.3

10667

81.5

2767

14779

5994

3.1高溫抗車轍性能

圖1不同外摻劑混合料車轍試驗對比

由表2和圖1可以看出，除德國DUROFLE與SBS改性瀝青混合料動穩定度相當外，其他三種高模量外摻劑的高溫抗車轍性能均明顯優于SBS改性瀝青混合料。SHRD、PR-M和LB動穩定度分別為SBS改性瀝青混合料的3.44、3.01、和2.76倍。

3.2動態模量

圖2不同外摻劑混合料動態模量（15℃，10Hz）

由圖2可知，高模量外摻劑混合料的動態模量（15℃，10Hz）明顯優于SBS改性瀝青混合料。由表2動態模量數據可知，SHRD和PR-M動態模量（15℃，10Hz）相當，分別為SBS改性瀝青混合料的1.55和1.50倍，均大于17000MPa。D和LB動態模量（15℃，10Hz）低于上述兩種外摻劑，分別是SBS改性瀝青混合料的1.29和1.28倍，均大于14000MPa。

3.3流動次數

圖3流變次數與各種摻加劑的關系

從上述試驗結果可以看出，外摻劑類高模量瀝青混合料的流動次數均高于SBS改性瀝青混合料，其中SHRD瀝青混合料的流變次數為7890次，為SBS改性瀝青混合料的2倍以上，同時也高于其他類型的摻加劑。

3.4凍融劈裂和低溫彎曲

由表2數據可知，五種混合料凍融劈裂殘留強度比TSR 和低溫彎曲破壞最大彎拉應變相差不大，都滿足規范要求。與SBS改性瀝青混合料相比，SHRD高模量瀝青混合料添加劑的TSR和低溫彎曲破壞最大彎拉應變均略好于SBS改性瀝青，而其他高模量外摻劑的相應性能略差于SBS改性瀝青。

4 結語

本文采用包括流動次數試驗在內的系統的瀝青混合料性能試驗對SBS改性瀝青和多種高模量外摻劑混合料性能的對比，可以看出外摻劑類高模量瀝青混凝土更好的高溫抗車轍性能。

（1）添加高模量瀝青混合料外摻劑不會改變瀝青用量，能夠提高瀝青混合料的動態模量和高低溫性能，且不會損失混合料的抗水損壞性能。

（2）與經中國大量工程實踐考驗的SBS改性瀝青相比，外摻劑類高模量瀝青混合料具有更好的高溫性能，SBS瀝青混合料低溫抗裂性能更優。

（3）與同類產品相比，SHRD高模量瀝青混合料各項指標均好于其他四種外摻劑。

（4）流動次數試驗結果表明，使用外摻劑類高模量瀝青混合料瀝青路面比SBS瀝青路面的具有更好的抵抗高溫變形能力。

參考文獻：

[1]蘇凱，孫立軍.瀝青路面車轍產生機理[J].石油瀝青，2006，20（4）：1-7.

[2] CRONEY P， CRONEY D. The Design and Performance of Road Pavement [M]. Third Edition.New York ： McGraw-Hill， 1997.

[3] R. F. Bonaquis and D.W. Christensen. etc. Simple Performance Tester for Superpave Mix Design： First-Article Development and Evaluation [R].NCHRP REPORT 513， 2003.

[4]JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[5]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

作者簡介：劉明（1980—），男，漢族，山東汶上人，碩士研究生，工程師，畢業于山東大學，就職于青島市交通規劃設計院，研究方向：道路與鐵道工程； 王萍（1980—），女，漢族，山東青島人，碩士研究生，工程師，畢業于青島農業大學，就職于青島市交通規劃設計院，研究方向：風景園林。