低標號瀝青耐久性高模量瀝青混合料組成設計與路用性能研究

陸燕燕

(啟東交通投資集團有限公司，江蘇啟東 226200)

0 引言

目前，我國瀝青路面中使用較多的石油瀝青是70號瀝青，其本身針入度較高，軟化點較低，高溫性能并不理想，隨著全球變暖，環境溫度的升高，以及日益增加的交通荷載，瀝青路面的病害狀況日益加劇。為了提高瀝青混合料的抗高溫變形能力，宜選擇粘度較大、勁度較高的瀝青膠結料［1，2］。

由于低標號瀝青針入度較低、軟化點較高，具有較好的高溫穩定性，在國外尤其是歐洲已有較成功的應用經驗［3-5］。而國內關于硬質瀝青耐久性高模量混合料中的研究和應用目前還處于起步階段，許多技術問題值得進一步研究。本文采用低標號硬質瀝青作為膠結料，進行耐久性高模量混合料相關技術研究，重點對其組成設計及路用性能展開研究。其研究成果可為我國耐久性高模量瀝青混合料的設計及應用提供技術支撐和參考。

1 原材料

本研究的集料采用江蘇鎮江茅迪的石灰巖，礦粉為磨細石灰巖礦粉。瀝青則采用中石化生產的氧化30號瀝青和溶劑脫30號瀝青，兩種瀝青的主要技術指標檢測結果如表1所示。

表1 30號低標號瀝青主要技術指標檢測結果

2 耐久性高模量瀝青混合料配合比設計研究

2.1 礦料級配設計

耐久性高模量瀝青混合料的配合比設計根據法國高模量瀝青混合料設計指南的要求進行，礦料級配設計結果如表2所示。

表2 耐久性高模量瀝青混合料礦料級配設計結果

2.2 最佳油石比確定

耐久性高模量瀝青混合料的瀝青膠結料用量采用豐度系數K控制，要求豐度系數K＞3.4，K根據式(1)計算:

其中，TLext為油石比，%。

其中，G為粒徑大于6.3 mm的集料占總的集料的百分率，%;S為粒徑在0.25 mm～6.3 mm之間的集料占總集料的百分率，%;s為粒徑在0.063 mm～0.25 mm之間的集料占總集料的百分率，%;f為粒徑小于0.063 mm的集料占總的集料的百分率，%。

其中，ρG為集料的有效密度，g/cm3。

根據表2中的設計級配確定式(1)～式(3)中的各參數，如表3所示。經計算，當油石比采用5.6%時，豐度系數K=3.52＞3.4，即該油石比可以滿足豐度系數 K 的要求，故本研究采用5.6%的油石比來成型混合料。

表3 根據集料計算得到的系數表 %

3 耐久性高模量瀝青混合料路用性能研究

3.1 高溫穩定性

本文采用國內車轍試驗和法國車轍試驗對耐久性高模量瀝青混合料的高溫穩定性進行研究，國內高溫車轍試驗按JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程中T0719—2011的方法進行，試驗溫度為 60℃，輪壓為0.7 MPa［6］。法國車轍試驗按照法國標準 NF P98－252 的方法進行，試件尺寸長500 mm，寬180 mm，高100 mm。試驗溫度為60℃，試件在車轍儀中放置12 h～16 h后開始車轍試驗。當試件經受指定的荷載循環次數300次、1 000次、3 000次、10 000次、30 000次后，停止設備的運轉，測定15 個點的車轍深度［7］。

3.1.1 國內車轍試驗

通過對氧化30號瀝青和溶劑脫30號瀝青耐久性高模量混合料按國內車轍的試驗標準進行試驗，試驗結果見圖1。

圖1 不同耐久性高模量混合料國內車轍試驗結果

從圖1的試驗結果來看，兩種耐久性高模量瀝青混合料的動穩定度均滿足國內技術規范要求(≥1 000次/mm)，表明氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料均具有良好的高溫穩定性。從兩種耐久性高模量瀝青混合料的動穩定度對比結果來看，氧化30號瀝青混合料的高溫穩定性要明顯優于溶劑脫30號瀝青混合料，前者的動穩定度大約是后者的3倍。

3.1.2 法國車轍試驗

根據法國車轍試驗按照法國標準NF P98－252的方法對氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料進行法國車轍試驗，試驗結果如圖2所示。

圖2 不同耐久性高模量混合料法國車轍試驗結果

從圖2的試驗結果可以看出，隨著荷載循環次數的增加，氧化30號瀝青混合料的車轍率增長幅度要低于溶劑脫30號瀝青混合料，且在不同的荷載循環次數下，氧化30號瀝青混合料的車轍率也要明顯低于后者，這表明氧化30號瀝青混合料的高溫穩定性要優于溶劑脫30號瀝青混合料，這與國內車轍試驗得出的結論一致。此外，試驗輪運行30 000次下，兩種耐久性高模量瀝青混合料的車轍率均低于法國技術規范要求的7.5%，這表明兩種耐久性高模量瀝青混合料均具有良好的高溫穩定性。

3.2 低溫彎曲性能

采用－10℃的小梁彎曲試驗對氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料的低溫彎曲性能進行研究，試驗結果如圖3所示。

從圖3的試驗結果來看，氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料的低溫彎拉應變滿足技術規范要求的2 000με，表明兩種耐久性高模量瀝青混合料均具有良好的低溫彎曲性能。此外，氧化30號瀝青混合料的低溫彎曲性能要優于溶劑脫30號瀝青混合料。

圖3 不同耐久性高模量混合料低溫小梁彎曲試驗結果

3.3 抗水損害性能

采用凍融劈裂試驗對氧化30號瀝青和溶劑脫30號瀝青耐久性高模量混合料進行抗水損害性能的評價，試驗結果如圖4所示。

圖4 不同耐久性高模量混合料凍融劈裂試驗結果

從圖4的試驗結果來看，兩種耐久性高模量瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比均在90%以上，遠高于國內規范要求的不小于75%，表明這兩種耐久性高模量瀝青混合料均具有良好的水穩定性。

3.4 抗疲勞性能

采用四點彎曲疲勞試驗對氧化30號瀝青和溶劑脫30號瀝青耐久性高模量混合料的抗疲勞性能進行研究，在125με應變水平下的疲勞試驗結果如圖5所示。

圖5 不同耐久性高模量瀝青混合料疲勞試驗結果

從圖5的試驗結果來看，氧化30號瀝青混合料的疲勞壽命較低，抗疲勞性能較差，而溶劑脫30號瀝青混合料的疲勞壽命要遠高于氧化30號瀝青混合料的疲勞壽命，表現出了良好的抗疲勞性能。

4 結語

1)高溫穩定性方面，從國內車轍試驗的數據來看，氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料的動穩定度分別為12 964次/mm和4 239次/mm;從法國車轍試驗的數據來看，隨著荷載循環次數的增加，氧化30號瀝青混合料的車轍增長率要低于溶劑脫30號瀝青混合料的車轍增長率，在30 000次的試驗輪運行次數下，二者的車轍率均低于7.5%。綜合來看，兩種耐久性高模量瀝青混合料均具有良好的高溫穩定性，氧化30號瀝青混合料的高溫穩定性要優于溶劑脫30號瀝青混合料。2)低溫性能方面，氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料的低溫彎拉應變分別為4 438.7με和3 721.3με，均滿足國內技術規范的要求，且氧化30號瀝青混合料的低溫彎曲性能要優于溶劑脫30號瀝青混合料。3)抗水損害性能方面，氧化30號瀝青混合料和溶劑脫30號瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比分別為91.9%和94.7%，兩種耐久性高模量瀝青混合料均具有良好的抗水損害性能。4)抗疲勞性能方面，在125 με應變水平下，氧化30號瀝青混合料的疲勞壽命為17 664次，抗疲勞性能較差，而溶劑脫30號瀝青混合料的疲勞壽命為1 236 980次，具有良好的抗疲勞性能。