不同高模量瀝青混合料性能對比

楊文江

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

高速公路渠化交通嚴重，加之全球氣候的變暖，長大縱坡路段出現許多車轍病害。不完全統計，由車轍導致的高等級公路維修費用少則幾百萬，多則上千萬。高模量瀝青混凝土可以減少混合料在荷載作用下的應變和不可恢復變形，提高混合料的高溫穩定性，減少車轍病害的發生。目前，提高瀝青混凝土模量主要有下列兩種形式：將優質低標號瀝青作為混合料膠結料，或向混合料中加入外摻劑。法國等歐洲國家通常將低標號瀝青直接用于制備高模量瀝青混合料。近年來的研究和應用表明，抗車轍劑也可作為常用瀝青改性劑來提高瀝青混合料的高溫性能，達到預防車轍病害的目的。

DCLR 即煤直接液化殘渣是煤液化技術的產物，它是一種由原煤、液化中間產物、無機礦物質、剩余催化劑及液化重質油組成的成分復雜的混合物，約占原料煤總量的30%。有研究者[1-3]對DCLR 與瀝青共混物進行性能研究，結果顯示DCLR 能顯著提高瀝青的高溫性能。

為分析不同改性劑對高模量瀝青及混合料性能的影響，本文選取DCLR、低標號硬質瀝青和抗車轍劑作為增模劑，制備出3 種高模量瀝青及混合料，并對其性能進行分析比較。

1 試驗

1.1 試驗原材料

基質瀝青為殼牌90 號，DCLR 來自神華集團煤制油化工有限公司，硬質瀝青來自河北浩澤化工，抗車轍劑為路寶牌抗車轍劑。

查閱相關資料并結合工程應用經驗，上述改性劑的摻加量確定為：DCLR 為基質瀝青用量的10%，硬質瀝青為基質瀝青用量的30%，抗車轍劑為基質瀝青用量的6%。

混合料所用集料為石灰巖，填料為石灰巖礦粉，鑒于高模量瀝青混合料常用于路面中面層，因此混合料級配采用AC-20，級配組成見表1。

表1 AC-20瀝青混合料級配

1.2 改性瀝青制備方法

a）DCLR 改性瀝青制備 先將基質瀝青加熱為流態，分3 批次加入基質瀝青質量10%的DCLR，每次加入瀝青后迅速在加熱狀態下攪拌5～10 min 使DCLR 在瀝青體系內分散，待DCLR 全部加入后，于150℃～160℃下在3 500 r/min 轉速下剪切30 min，完成制備。

b）低標號硬質瀝青改性瀝青制備 先將基質瀝青加熱為流態，將占基質瀝青質量30%的硬質瀝青加入，150℃～160℃下勻速攪拌30 min，完成低標號硬質瀝青改性瀝青的制備。

c）抗車轍劑改性瀝青制備 先將基質瀝青加熱為流態，再將占基質瀝青質量6%的抗車轍劑加入，170℃下在4 000 r/min 轉速下剪切30 min，完成抗車轍劑改性瀝青的制備。

2 結果與分析

2.1 瀝青常規指標分析

3 種改性劑的加入均使得瀝青針入度降低、軟化點升高，延度下降，表現為瀝青高溫性能加強，硬質瀝青和抗車轍劑對改性瀝青的影響結果相似，兩者對高溫性能的改善均優于DCLR 改性瀝青。

表2 不同高模量瀝青三大指標

2.2 靜態模量分析

我國采用15℃和20℃下的抗壓回彈模量作為瀝青混合料設計參數。本文采用單軸壓縮試驗（單軸壓縮速率為2 mm/min）研究3 種改性瀝青的靜態模量，試驗結果見表3。

表3 不同高模量瀝青混合料靜態模量 MPa

靜態模量的結果顯示，3 種改性劑均可提升混合料靜態模量，抗車轍劑和硬質瀝青對靜態模量的改善程度相當，均好于DCLR。3 種改性劑的加入均使得瀝青黏度增加，提高混合料抵抗變形的能力。

2.3 動態模量分析

由于瀝青混凝土是一種黏彈性材料且其通常狀態下承受動態荷載，抗壓回彈模量只適于靜態彈性層狀體系，因此需對高模量瀝青混合料動態模量進行分析比較，以反映車輪荷載下瀝青混合料的力學性能。試驗采用連續無間歇的半正矢荷載波形，不施加圍壓，試驗溫度為 7℃、15℃、30℃、45℃，測試頻率為 0.1 Hz、0.5 Hz、1 Hz、5 Hz、10 Hz、25 Hz。

圖1 7℃不同高模量瀝青混合料動態模量

圖2 15℃不同高模量瀝青混合料動態模量

圖3 30℃不同高模量瀝青混合料動態模量

圖4 45℃不同高模量瀝青混合料動態模量

上述3 種瀝青混合料在15℃、10 Hz 下的動態模量值均高于14 000 MPa，滿足法國HMA 規范及我國相關地標中的要求，證實試驗摻量下的DCLR、低標號硬質瀝青和抗車轍劑均可作為增模劑實現高模量瀝青混合料的制備。3 種高模量瀝青混合料的動態模量均隨溫度升高而降低，隨頻率增加而升高，即瀝青混合料在高溫低頻的環境下動態模量最低，易發生車轍病害。相較而言，上述測試環境下抗車轍劑改性瀝青混合料的動態模量始終高于硬質改性瀝青混合料，高于DCLR 改性瀝青混合料。但隨著溫度的升高，摻DCLR 瀝青混合料的動態模量降低較快，不適合作為高模量瀝青混合料改性劑。

2.4 路用性能分析

3 種改性劑的高模量瀝青混合料高溫、低溫和水穩定性能比較結果見表4。

表4 不同高模量瀝青混合料路用性能

表4 結果顯示，DCLR 改性瀝青混合料的路用性能無法達到我國規范中對改性瀝青混合料的相關要求，低溫性能更差，不適合作為瀝青改性劑使用。

低標號硬質瀝青和抗車轍劑對混合料性能的提升較為明顯，試驗摻量下兩者對瀝青混合料性能的改善均滿足我國規范中對改性瀝青混合料的相關要求，因此低標號硬質瀝青和抗車轍劑可作為高模量改性劑，兩者對混合料性能的改善程度較為相似。

3 結論

a）試驗摻量下的DCLR、低標號硬質瀝青和抗車轍劑制備的瀝青混合料在15℃、10 Hz 下的動態模量值均高于14 000 MPa，但隨著溫度的升高，摻DCLR 瀝青混合料的動態模量降低較快，不適合作為高模量瀝青混合料改性劑。

b）DCLR 改性瀝青混合料無法滿足規范要求，不適合作為瀝青混合料改性劑。

c）綜合比對而言，抗車轍劑改性瀝青混合料性能優于低標號硬質改性瀝青混合料性能，兩者均高于DCLR 改性瀝青混合料性能。其中抗車轍劑和低標號硬質瀝青對瀝青及混合料性能的改善程度較為相近。