SBS改性瀝青混合料低溫性能試驗研究

范定旺

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

SBS改性瀝青混合料以其優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害、抗疲勞性能廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外高等級及重載路面中。據(jù)統(tǒng)計，近5年來我國高速公路上面層90%以上使用SBS改性瀝青鋪筑[1]。我國北方寒冷地區(qū)對SBS改性瀝青路面低溫抗開裂性能要求甚高，眾多學者為此進行了大量試驗研究。裴軍軍基于斷裂力學J-積分理論，用切口小梁彎曲斷裂試驗分析了SBS含量及試驗溫度對瀝青混合料低溫抗裂性的影響[2]；董文龍等通過小梁彎曲蠕變試驗，結(jié)合Burgers模型研究了不同老化狀態(tài)對SBS改性瀝青低溫性能的影響[3]；楊國明等研究了不同型號SBS對瀝青高低溫性能的影響，認為線型SBS改性瀝青低溫性能要優(yōu)于星型SBS[4]。

然而，工程應(yīng)用中會發(fā)現(xiàn)某些新建高速公路改性瀝青路面在設(shè)計、材料性能、施工等條件均合格且沒有基層反射裂縫的情況下，路面表層依然會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，主要由于瀝青材料的溫度敏感性，通常在溫度較高的季節(jié)施工，在嚴寒冬季前瀝青路面已至少經(jīng)過半年時間的高溫炎熱和雨水浸濕等自然條件，而目前我國瀝青混合料低溫性能的設(shè)計評價方法是通過新拌和瀝青混合料的彎曲破壞彎拉應(yīng)變來表征，與路面實際服役狀態(tài)不符，不能準確反映新建SBS改性瀝青路面的低溫抗裂性能[5]。

因此本文結(jié)合實體工程應(yīng)用，通過實驗室高溫炎熱和降雨等氣候條件，開展經(jīng)過不同氣候的新建SBS改性瀝青路面的低溫性能試驗，更好地評價路面實際服役狀態(tài)，為瀝青路面的設(shè)計提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

1.1.1 SBS改性瀝青

根據(jù)JTG E20—2011對SBS改性瀝青進行常規(guī)性能試驗，試驗結(jié)果見表1。結(jié)果顯示：試驗所用SBS改性瀝青性能滿足JTG F40—2004中聚合物改性瀝青（I-C類）的技術(shù)要求。

表1 SBS改性瀝青試驗結(jié)果

1.1.2 礦料

粗集料為山西忻州市永宏采石場的輝綠巖碎石；細集料為山西渾源縣產(chǎn)機制砂；填料為石灰?guī)r磨細礦粉。各檔礦料均滿足JTG F40—2004施工技術(shù)規(guī)范的性能要求。

1.2 配合比設(shè)計

1.2.1 級配

根據(jù)SBS改性瀝青在實體工程中的應(yīng)用，采用細粒式密級配輝綠巖AC-13瀝青混合料，其合成級配曲線見圖1。

圖1 SBS改性AC-13合成級配曲線

1.2.2 最佳油石比

SBS改性瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表2。通過馬歇爾體積參數(shù)和力學性能，確定SBS改性瀝青混合料的最佳油石比為4.9%。

表2 SBS改性瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

1.3 試驗方案

該試驗依托山西某高速公路SBS改性瀝青路面工程，結(jié)合JTG E20—2011規(guī)范中有關(guān)氣候溫度和水損害的試驗方法，通過實驗室模擬高溫和雨水氣候條件，采用-10℃低溫小梁彎曲試驗作為評價方法，開展經(jīng)過高溫炎熱和降雨氣候的SBS改性瀝青混合料低溫性能試驗。不同氣候條件實驗室內(nèi)模擬方法見表3。

表3 不同氣候條件實驗室內(nèi)模擬方法

2 結(jié)果與分析

2.1 夏季高溫對SBS改性瀝青混合料低溫性能的影響

為評價高溫炎熱氣候?qū)π陆⊿BS改性瀝青路面低溫性能的影響，通過恒溫室溫度模擬夏季路面實際溫度，首先對新制瀝青混合料車轍試件在不同溫度條件下通風保溫處理，然后切割小梁進行彎曲試驗，未保溫處理的試件為空白組試驗，試驗結(jié)果見表4。保溫溫度對破壞應(yīng)變的影響規(guī)律見圖2。

表4 高溫保溫后的瀝青混合料彎曲試驗結(jié)果

圖2 保溫溫度對破壞應(yīng)變的影響圖

結(jié)果顯示：與空白組試驗對比，高溫保溫處理會損害SBS改性瀝青混合料低溫性能，抗彎拉強度和破壞應(yīng)變均出現(xiàn)一定程度的降低，且隨著保溫溫度的升高，損害程度出現(xiàn)增大的趨勢。其中60℃和70℃保溫后SBS改性瀝青混合料破壞應(yīng)變分別下降9.12%和9.99%，已不滿足冬寒區(qū)不小于2 800 με的要求，表明夏季高溫對SBS改性瀝青混合料低溫性能影響很大。

分析原因主要是瀝青混合料經(jīng)過高溫保溫，相當于新建SBS改性瀝青路面在高溫炎熱氣候下服役，瀝青在光、熱、氧等綜合作用下不可避免發(fā)生老化現(xiàn)象，通常膠質(zhì)成分轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，使得瀝青表現(xiàn)為變硬、變脆、易裂，瀝青路面容易出現(xiàn)脆化和松散等病害。而瀝青混合料低溫性能現(xiàn)行評價方法均是直接進行新制試件的試驗，很難準確反映新建瀝青路面服役半年后的實際低溫抗裂性能，因此高溫保溫處理后再進行低溫彎曲試驗，綜合考慮SBS改性瀝青混合料的老化現(xiàn)象，更符合路面實際服役條件，能準確評價瀝青路面冬季抗開裂性能。

2.2 降雨量對SBS改性瀝青混合料低溫性能的影響

為評價降雨氣候?qū)π陆⊿BS改性瀝青路面低溫性能的影響，通過恒溫水浴中浸泡時間模擬降雨量，首先對新制瀝青混合料車轍試件恒溫水浴浸泡處理，然后切割小梁進行彎曲試驗，未水浴浸泡的試件為空白組試驗，試驗結(jié)果見表5。浸泡時間對破壞應(yīng)變的影響規(guī)律見圖3。

表5 恒溫水浴浸泡后的瀝青混合料彎曲試驗結(jié)果

圖3 浸泡時間對破壞應(yīng)變的影響圖

結(jié)果顯示：恒溫水浴浸泡與高溫保溫處理出現(xiàn)一致的影響效果，同樣會損害SBS改性瀝青混合料低溫性能。與空白組對比，恒溫水浴浸泡后抗彎拉強度和破壞應(yīng)變均下降，且隨著浸泡時間的增加，損害程度出現(xiàn)增大的趨勢。其中浸泡時間在24 h以上時，破壞應(yīng)變不滿足冬寒區(qū)不小于2 800με的要求；浸泡48 h后破壞應(yīng)變僅為2 453με，下降17.74%，不滿足改性瀝青混合料破壞應(yīng)變不小于2 500με的最低要求，表明降雨量對SBS改性瀝青混合料低溫性能影響很大。

分析原因主要是SBS改性瀝青混合料在恒溫水浴中浸泡，由于集料對水分的吸引力大于瀝青的吸引力，水分子逐步侵入到集料和瀝青表面，導致瀝青與集料的黏結(jié)力變?nèi)酰踔脸霈F(xiàn)瀝青膜剝離的現(xiàn)象，進而造成SBS改性瀝青混合料整體抗彎拉強度的降低，削弱低溫抗裂性能，同時削弱作用隨降雨量的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢。現(xiàn)行標準對新制試件直接進行低溫彎曲試驗，很難準確反映SBS改性瀝青路面鋪筑完畢再經(jīng)過雨水作用后的實際低溫抗裂性能，因此恒溫水浴浸泡模擬降雨氣候后進行低溫彎曲試驗更符合路面實際服役條件。

3 結(jié)語

a）由于高溫炎熱氣候下SBS改性瀝青混合料不可避免發(fā)生老化現(xiàn)象，降雨同樣會造成一定程度的水損害，因此高溫炎熱和降雨氣候會損害新建SBS改性瀝青路面的低溫性能，且隨夏季氣溫和降雨量的增加，損害程度出現(xiàn)增大的趨勢。

b）現(xiàn)行規(guī)范標準對新制瀝青混合料試件直接進行-10℃彎曲試驗，很難準確反映新建SBS改性瀝青路面服役半年后的實際低溫抗裂性能，因此實驗室模擬夏季高溫和降雨氣候養(yǎng)護處理后進行低溫彎曲試驗更符合路面實際服役條件。