瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價方法研究

李春梅 商丘市東方工程監(jiān)理有限公司

一、瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

作為一種粘彈性材料，影響瀝青混合料力學性能的因素很多。在溫度變化過程中，瀝青混合料強度也將發(fā)生改變，因此，在瀝青混合料高溫性能評價時選用哪一類指標極為關鍵。目前，在瀝青混合料高溫性能評價中，多以基于車轍試驗的動穩(wěn)定度為準，在試驗中，采用了兩種瀝青混合料級配、兩種瀝青混合料及兩種試驗方法。具體條件如表1 所示。

經(jīng)試驗分析，可得試驗結(jié)果如下：

本試驗共選擇3 個試件，試件A、試件B、試件C，主要測試內(nèi)容包括車轍深度、DS 值、d60-d45 三項，具體試驗結(jié)果如下：

1.Superpave-13 基質(zhì)瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為2.652～2.686mm，平均值為2.670mm；DS 值范圍為2025.7～2120 次/mm，平均值為2081.9 次/mm；d60-d45 范圍為0.300～0.311mm，平均值為0.303mm。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，根據(jù)實際情況所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為9.471～9.775mm，平均值為9.601mm；DS值范圍為504.8～530.7 次/mm，平均值為517.9次/mm；d60-d45 范圍為1.216～1.292mm，平均值為1.252mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為16.961～17.230mm，平均值為16.963mm；DS 值范圍為316.00～336.10 次/mm，平均值為327.20次/mm；d60-d45 范圍為1.874～1.994mm，平均值為1.927mm。

2. Superpave-13 SBS 改性瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

在試驗溫度45℃、60℃、70℃條件下，Superpave-13 SBS 改性瀝青混合料中三個試件所得結(jié)果如下：

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為1.256～1.336mm，平均值為1.290mm；DS 值范圍為6168～9852 次/mm，平均值為7698.3 次/mm；d60-d45 范圍為0.065～0.103mm，平均值為0.085m。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為1.644～1.823mm，平均值為1.739mm；DS 值范圍為4286～8402 次/mm，平均值為5739.4 次/mm；d60-d45 范圍為0.075～0.147mm，平均值為0.120mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為3.347～3.681mm，平均值為3.515mm；DS 值范圍為1994～2491 次/mm，平均值為2144.7 次/mm；d60-d45 范圍為0.316～0.323mm，平均值為0.319mm。

3. SMA-13 SBS 改性瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

在試驗溫度45℃、60℃、70℃條件下，SMA-13 SBS 改性瀝青混合料中三個試件所得結(jié)果如下：

（1）在試驗溫度為45℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為1.366～1.464mm，平均值為1.410mm；DS 值范圍為7875.8～9844.0 次/mm，平 均 值 為8598.9次/mm；d60-d45 范圍為0.064～0.080mm，平均值為0.074m。

（2）在試驗溫度為60℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為1.583～1.712mm，平均值為1.646mm；DS 值范圍為5000～9000 次/mm，平均值為6949.3 次/mm；d60-d45 范圍為0.070～0.126mm，平均值為0.096mm。

（3）在試驗溫度為70℃的條件下，所得試驗結(jié)果如下：車轍深度范圍為2.435 ～3.322mm，平均值為2.962mm；DS 值范圍為2715.5～3795.1 次/mm，平均值為3095.3次/mm；d60-d45 范 圍 為0.166～0.232mm，平均值為0.208mm。

表1 瀝青混合料車轍試驗具體條件

二、瀝青混合料級配對車轍各項參數(shù)的影響

在瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價中，不同因素對其影響有所不同。本文通過對比分析不同瀝青混合料級配條件下對車轍數(shù)據(jù)的影響情況進行探討。

1.在試驗溫度為45℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數(shù)指標中車轍深度為其1.09 倍，DS 值 為 其1.12 倍，d60-d45 值 為其0.87 倍。

2.試驗溫度為60℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數(shù)指標中d60-d45 值為其0.8 倍，車轍深度為其0.95 倍，DS 值為其1.21 倍。

3.在試驗溫度為70℃條件下，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的各項參數(shù)指標中車轍深度為其0.84 倍，DS 值 為 其1.44 倍，d60-d45 值 為其0.65 倍。

由此可見，在溫度變化過程中，SMA-13 改性瀝青混合料的穩(wěn)定性更好。

三、瀝青類型對車轍各項參數(shù)的影響

瀝青混合料用于抵抗外部壓力的能力主要來自瀝青粘度、混合料集料之間的摩阻力。于瀝青混合料抗車轍性能而言，瀝青粘度具有較大影響。據(jù)安德拉得相關理論研究可知，粘度和溫度關系密切，隨著溫度升高，瀝青粘度將隨之降低，兩者為負相關。此外，粘度與材料狀態(tài)的活化能也存在一定關聯(lián)性，隨著活化能增長，粘度也將隨之增加，與此同時，隨著溫度升高，活化能將隨之下降。因此，瀝青類型不同，在溫度不同的條件下，瀝青混合料的車轍發(fā)展情況也會存在一定區(qū)別。

在此因素分析中，研究對比對象為Superpave-13 基質(zhì)瀝青混合料和Superpave-13改性瀝青混合料，在不同試驗溫度條件下，圖1、圖2 為上述兩類瀝青混合料的車轍深度、DS 值變化情況。

由此可見，隨著溫度升高，兩種瀝青混合料車轍深度均有所增加。其中基質(zhì)瀝青混合料車轍深度更大。在60℃時，基質(zhì)瀝青混合料車轍深度增加明顯，且呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢。相比之下，在70℃時，改性瀝青混合料才開始出現(xiàn)明顯變化。說明，在高溫條件下，改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好。

由圖2 可知，不同溫度條件下，基質(zhì)瀝青混合料的DS 值也有所不同，呈逐步下降趨勢。60℃條件下，45℃條件下的DS 值為其4.02 倍；70℃條件下，60℃條件下的DS值為其1.58 倍。改性瀝青混合料DS 值同樣呈下降趨勢，其中60℃條件下，45℃條件下的DS 值為其1.34 倍；70℃條件下，60℃條件下DS 值為其2.68 倍。相比之下，基質(zhì)瀝青混合料DS 值變化是從60℃開始，且變化顯著。而改性瀝青混合料DS 值則是從70℃開始明顯變化，相比之下，改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性更好。

圖1 不同溫度下兩類瀝青混合料的車轍深度變化（mm）

圖2 不同溫度下兩類瀝青混合料的DS 值變化（單位：次/mm）

四、浸水車轍試驗下瀝青混合料車轍各類指標變化

夏季高溫炎熱，將會引發(fā)瀝青路面車轍病害，在溫度的作用下，瀝青混合料剛度將隨之下降，同時也會大大減弱瀝青混合料的抗車轍能力。在我國南北方很多地區(qū)均存在雨熱同期現(xiàn)象，若在“高溫+雨水”共同作用下，產(chǎn)生車轍的可能性將會更大。基于此，本文提出了浸水車轍試驗方案，通過此試驗了解不同溫度下瀝青混合料的各類性能變化情況。本試驗研究對象為Superpave-13 改性瀝青混合料，分別對比45℃、60℃浸水與非浸水條件下的情況。試驗中同樣選擇3 個試件進行分析，測定內(nèi)容為車轍深度與DS值，試驗結(jié)果如下：

1. 45℃條件下，3 個試件非浸水車轍深度平均值為1.290mm，浸水車轍深度平均值為1.461mm；非浸水DS 值平均值為7698.3 次/mm，浸水DS 值平均值為7723.3 次/mm。

2. 60℃條件下，3 個試件非浸水車轍深度平均值為1.739mm，浸水車轍深度平均值為2.856 mm；非浸水DS 值平均值為5739.4 次/mm，浸水DS 值平均值為2657.7次/mm。

由此可見，在45 ℃條件下，車轍深度和DS 值方面，浸水與非浸水狀態(tài)下Superpave-13 改性瀝青混合料的試驗結(jié)果差別較小。但是60℃條件下，浸水和非浸水狀態(tài)下，Superpave-13 改性瀝青混合料的試驗結(jié)果變化明顯，說明隨著溫度升高，在高溫和水的共同作用下，將進一步加劇瀝青混合料車轍病害程度。

五、結(jié)束語

綜上所述，通過對不同因素在瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價中的影響研究，可得以下結(jié)論：

（1）在溫度變化過程中，相比Superpave-13 改性瀝青混合料，SMA-13 改性瀝青混合料的穩(wěn)定性更好。

（2）在瀝青混合料高溫性能分析中，瀝青粘度、高溫環(huán)境均會產(chǎn)生不同程度的影響，其中瀝青粘度影響較大。瀝青類型不同，相比基質(zhì)瀝青，改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性更好。

（3）當溫度偏低的情況下，于瀝青混合料車轍產(chǎn)生而言，水的影響作用不大，若溫度升高，在高溫和水的共同作用下，將進一步加劇瀝青混合料車轍病害程度。說明伴隨溫度變化，水對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性影響程度也將發(fā)生改變，高溫作用下，影響程度更高。