瀝青與瀝青混合料自愈合特性研究

許建斌 （安徽交通職業技術學院土木工程系，安徽 合肥 230051）

1 引言

目前，瀝青路面已經成為路面工程中的主要路面類型，然而在瀝青路面使用過程中，經歷環境與荷載的重復作用，不可避免地會產生疲勞破壞[1-2]，為了防止瀝青混合料的疲勞破壞，專家學者們從不同方面展開了系列研究，并取得了重要成果[3-4]。現在，大量驗證了瀝青具有自愈合特性的研究成果[5-7]，為瀝青混合料疲勞壽命的延長，提供了新的思路和方向。瀝青的自愈合現象可以描述為其性能在遭受外部荷載作用后產生的衰減，在經歷一定間歇時間（愈合時間）過程中會逐漸恢復。國內外研究人員開展了大量針對瀝青自愈合的研究，孫大權開展了瀝青膠漿[8]自愈合特性、改性劑[9]對瀝青自愈合影響的研究，并驗證了毛細擴散理論的適用性。陳柳曉[10]、羅蓉[11-12]等人對瀝青自愈合效果的評價指標進行了系統討論，并給出了新的評價方法。由于瀝青的自愈合所需的間歇時間遠大于瀝青路面在實際運營過程的車輛荷載，為解決該項難題研究人員提出了微膠囊[13]和誘導加熱[14]兩種瀝青自愈合增強技術，并取得了重要進展。本文的主要目的是通過瀝青與瀝青混合料兩個尺度，研究不同瀝青的自愈合特性，采用基質瀝青以及SBS改性瀝青。基于DSR時間掃描以及四點彎曲疲勞試驗，研究瀝青與混合料的自愈合特性，以期為自愈合的研究與應用提供參考。

2 實驗材料及方法

2.1 瀝青

本文實驗過程中采用了兩種瀝青，分別為90#基質瀝青與SBS改性瀝青，兩種瀝青的技術性質如表1所示。

兩種瀝青的技術性質 表1

2.2 混合料組成及級配設計

分別利用上述兩種瀝青成型AC-13瀝青混合料，混合料中粗細集料采用石灰巖，填料采用石灰巖礦粉。混合料的材料組成設計借鑒《公路瀝青路面施工技術規范》，其級配組成如表2所示。

AC-13的級配組成 表2

2.3 實驗方案

本文主要目的是對比研究基質瀝青與SBS改性瀝青及其對應的瀝青混合料自愈合特性。因此研究從瀝青與混合料兩個方面入手，首先利用DSR設備基于疲勞－愈合－疲勞實驗（時間掃描模式）研究瀝青與SBS改性瀝青的自愈合特性，然后成型兩種瀝青對應的瀝青混合料，并基于四點彎曲疲勞實驗研究瀝青混合料的自愈合特性。

圖1 瀝青自愈合前后復數模量變化趨勢

瀝青混合料的自愈合實驗基于四點彎曲疲勞試驗（T 0739-2011）疲勞—愈合—疲勞程序進行，本文以疲勞壽命恢復率作為表征混合料的自愈合性能。疲勞實驗溫度為15℃，愈合溫度與瀝青愈合實驗保持一致設置為30℃，采用應變控制模式。

3 結果與討論

3.1 瀝青自愈合特性分析

不同損傷程度的瀝青自愈合指數計算結果如圖2所示。

圖2 兩種瀝青自愈合指數對比

根據圖2可知，在任何損傷程度下，SBS改性瀝青的自愈合指數均高于90#基質瀝青，由此說明了SBS改性瀝青的自愈合性能優于基質瀝青。值得注意的是，SBS改性瀝青與基質瀝青的愈合指數之差，隨損傷度的增大而逐漸減小，即說明SBS改性瀝青相對于基質瀝青的自愈合優勢，隨損傷程度的增加而減小，所以損傷度的增加會消減瀝青之間的愈合差距。另外，兩種瀝青的愈合指數均隨損傷度增加而減小，并且在較低損傷度變化區間其愈合指數降低較快，說明了瀝青的早期損傷對瀝青自愈合的影響更為明顯，也說明了瀝青損傷越厲害越難以恢復。綜上所述，在實際路面中應盡可能使用具有較強自愈合能力的瀝青材料，并促使瀝青在疲勞破壞初期開始愈合。

3.2 瀝青混合料自愈合特性分析

瀝青混合料的疲勞－愈合－疲勞試驗結果如表3所示。

根據表3實驗結果，SBS瀝青混合料的自愈合能力明顯強于基質瀝青，相同條件下SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命恢復率比基質瀝青混合料高出9.6%且其勁度恢復率高出近10%，該實驗結果與3.1節瀝青自愈合性能相一致，即SBS瀝青具有更好的自愈合特性。對比勁度恢復率與疲勞壽命恢復率可知，對于同一種材料前者要高于后者，這說明了采用不同的自愈合評價指標表征瀝青混合料的自愈合特性時存在差異。

由上述實驗結果可知，SBS改性瀝青及其混合料的自愈合特性，高于基質瀝青及其對應的混合料，根據湯文[15]等人研究結果可知，SBS改性瀝青中各成分之間的交聯作用，由于SBS分子鏈的存在而得到增強，提高了材料的抗疲勞及抗損傷能力，進而在相同的實驗條件下裂縫寬度小于基質瀝青，因此其自愈合性能優于基質瀝青。

兩種瀝青混合料的自愈合實驗結果 表3

4 結論

本文基于DSR時間掃描實驗及四點彎曲疲勞試驗，研究了兩種瀝青及其混合料的自愈合特性，根據實驗結果可得出如下結論：

①SBS改性瀝青的自愈合性能優于基質瀝青，并且這種自愈合優勢隨著損傷程度的增加而逐漸降低；

②SBS改性與基質瀝青的自愈合能力均隨損傷程度增加而減小，并且其減小速率在較低損傷程度下更為明顯，說明了瀝青的早期損傷對自愈合的影響較明顯；

③SBS改性瀝青混合料的自愈合效果優于基質瀝青混合料，說明了瀝青與瀝青混合料的自愈合性能具有一致性。