適用高寒高海拔地區瀝青混合料路用性能試驗研究

摘要：當前使用較多的改性瀝青混合料主要有橡膠粉及SBS兩種，故而采用實驗的方式，對基質瀝青混合料、上述兩種改性瀝青混合料各自路用性能進行對比分析，從中選擇更加適用于高寒及高海拔地區的瀝青混合料。

關鍵詞：高寒高海拔地區;瀝青混合料;路用性能

0" "引言

眾所周知，高寒高海拔地區有著顯著的高原氣候特點，加之這些地區長時間處于低溫狀況，晝夜溫差較大，白天會受到強大紫外線的長期照射，為此其對瀝青混合料的路用性能要求較高。有學者提出，將橡膠粉的含量控制在一定范圍內，可在某種程度上增強改性瀝青混合料的低溫性能。高橡膠粉改性瀝青之所以在高溫狀態下黏度大幅度提升，主要是廢膠粉顆粒產生了熱漲效應，其高溫性能取決于膠粉與基質瀝青的反應狀況。

近幾年，施工單位嘗試使用改性瀝青混合料來進一步提高其路用性能。當前使用較多的改性瀝青混合料主要有橡膠粉及SBS兩種，故而采用實驗的方式，對基質瀝青混合料、上述兩種改性瀝青混合料各自路用性能進行對比分析，從中選擇更加適用于高寒及高海拔地區的瀝青混合料。

1" "試驗流程

1.1" "科學選擇瀝青

將110號的A級瀝青作為基質瀝青，通過實際檢測該型號瀝青針入度、軟化點以及溶解度等各項指標，實測值均滿足規范中的技術指標。鑒于制作SBS改性瀝青的過程較為繁冗，制作難度較大，為了確保本次實驗的順利進行以及實驗結果的公平有效，采用的SBS改性瀝青為成品，其基質瀝青與110號A級瀝青相同。另外，通過對橡膠粉改良瀝青進行檢測，其水分含量為0.4%，相對密度為1.15，金屬及纖維含量分別為0.007%以及0.002%，各項性能指標均與規定范圍相一致。

1.2" "明確最佳的瀝青與礦料質量比

采用馬歇爾試驗明確瀝青混合料中最適宜的瀝青與礦料質量比，首要任務就是準確計算最佳瀝青摻量。高寒高海拔地區對瀝青混合料的性能有著一定要求，根據相關規范種要求，適當增加混合料中瀝青摻量，在此基礎上明確最佳瀝青與礦料質量比。試驗后綜合各方面因素，明確基質瀝青、橡膠粉及SBS改性瀝青比分別為4.4%、5.0%以及4.7%[1]。

1.3" "選擇適當的混合料級配

瀝青混凝土屬于連續級配混合料，盡管其高溫性能并不明顯，但由于其具有較高密實度，故而低溫抗裂性、水穩定性以及耐久性相對較高。瀝青瑪蹄脂碎石屬于間斷級配混合料，其擁有良好的抗水損性及耐久性，但是這種級配對礦料及瀝青用量較為敏感，施工工藝復雜時極易出現離析現象，無形當中就增加了施工困難性，故而不適于在高寒及高海拔地區使用。

開集配抗滑表層同樣屬于間斷級配混合料，該種混合料充分運用集料發揮的嵌擠作用，增強其強度，為此高溫性能及水穩定性較好，低溫情況下抗裂性較差。通過對這三種級配混合料進行對比，選用瀝青混凝土這種連續級配混合料，級配中值為13。

1.4" "試驗計劃

瀝青混合料制作完成后開展彎曲破壞試驗，對不同混合料在低溫環境下的抗裂性能予以全面分析，將每種瀝青混合料制作成一定數量的小梁，開展相應試驗活動，并以小梁最大變形量及勁度模量作為判斷指標。通過凍融劈裂及浸水馬歇爾試驗，對瀝青混合料的水穩定性進行檢驗，以殘留強度及殘留穩定性作為評價標準。同時利用應力控制疲勞試驗，檢測不同瀝青混合料的抗疲勞性能，將疲勞頻率及線性截距等作為評級標準。通過車轍試驗檢測其高溫狀態下的穩定性，以動穩定度為評價指標[2]。

2" "瀝青混合料的路用性能

2.1" "低溫環境下抗裂性能

本次施工項目位于四川省川西高寒高海拔地區，在青藏高原東南部，平均海拔高度為4km，氣溫低且溫差較大，白天日照極為強烈，在極端天氣下最低溫度為-38℃。上述工況對瀝青混合料的低溫性能要求較高，若使用橡膠粉這種改性瀝青混合料，經計算得到其最大彎拉微應變力高達5250uε，其所對應的勁度模量則為2450MPa。對SBS這種改性瀝青混合料最大彎拉微應變力進行計算，得到其微應變力僅為3980uε，所對應的勁度模量應為3360MPa。基質瀝青混合料的最大彎拉微應變力及勁度模分別為3387uε以及2700MPa。

相關規范要求中明確規定，對于高寒及高海拔地區的道路工程，在運用改性瀝青混合料時，應確保瀝青混合料最大彎拉微應變力高于2800uε。通過計算，基質瀝青混合物以及橡膠粉改性瀝青混合物、SBS改性瀝青混合物均與規范中的相關標準相一致。與基質瀝青混合料相比較，橡膠粉及SBS兩種改性瀝青混合料的最大變形量均有所提升，橡膠粉改性瀝青混合料最大變形量增加了54%，SBS則增加了18%。從勁度模量進行對比分析，兩種改性瀝青混合料狀況存在較大差異，其中橡膠粉的勁度模量減少9%左右，SBS則提高24%左右。同時還發現在低溫狀態下，瀝青混合物的勁度越低抗裂性能越高。橡膠粉以及SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性都得到了一定提升，其中橡膠粉瀝青混合料該項性能更好。

SBS改性瀝青混合料結構為網狀，并具備一定特殊性，在瀝青及改性劑的雙重作用下形成網狀結構，同時這種結構具備一定的拉伸及壓縮變形特性，由此增強了其低溫狀態下的抗裂性能以及高溫狀態下的抗變形性能。而橡膠粉改性瀝青則不同，其顆粒狀膠粉與瀝青的基體模量存在較大差異，尤其是在低溫狀態下，兩者并不相容，一旦基質瀝青的變形量達到最高限度，膠粉應力則會集中起來，進而導致這種瀝青混合料形成諸多微細凹槽以及變形帶，較快消耗能量。不僅如此，一些粒度較大的膠粉顆粒還對微細凹槽的形成產生了一定促進作用，進一步強化了橡膠粉改性瀝青的柔韌度。

2.2" "水穩定性

若工程所在地年降水量在600mm左右，則需對選用的瀝青混合料水穩定性進行全面評估。通過凍融劈裂以及浸水馬歇爾兩種試驗發現，與基質瀝青混合料相比較，橡膠粉及SBS改性瀝青混合料的殘留強度均有所下降，分別下降了4%和2%。從殘留穩定度角度而言，兩種改性瀝青混合料存在差異，橡膠粉殘留穩定度提高1%，而SBS則下降2%。相關規范明確規定，濕潤地區改性瀝青混合料的殘留強度應高于80%，而其殘留穩定度則高于85%。上述兩種改性瀝青混合料均可滿足相關標準。

與普通地區不同，高寒及高海拔地區凍融循環次數較多，相比之下SBS改性瀝青混合料的水穩定性更高。SBS改性瀝青混合料的黏度較高，其所含集料的黏聚力以及瀝青對骨料產生的裹覆能力也隨之提升，即使受到雨水侵襲依舊不會對其穩定性產生影響。而橡膠粉改性瀝青混合料表面產生的凝膠膜，可將膠粉顆粒黏聚成整體，基于此形成的半固態連續相體系，雖可在一定程度上提高其水穩定性，但其水穩定性仍遠遠低于SBS改性瀝青混合料。

2.3" "抗疲勞性

通過小梁試驗對3種瀝青混合料的抗疲勞性能進行檢驗，試驗發現，兩種改性瀝青混合料與基質瀝青混合料的n值相差不同，其中橡膠粉n值相差0.6，SBS的n值僅僅相差0.1，由此可見，橡膠粉改性瀝青混合料的敏感程度變化幅度較大，在相同荷載作用下，SBS所承受的破壞頻率更高，疲勞壽命更長[3]。

2.4" "高溫狀態下穩定性

通過進行車轍試驗發現，基質瀝青混合料的動穩定度為732次/mm，橡膠粉及SBS改性瀝青混合料的動穩定度均高于基質瀝青，兩種高溫性能的提升效果顯著。通常在高溫狀態下攪合SBS以及基質瀝青時，PE玻璃化溫度往往高于PB玻璃化溫度。SBS分子與基質瀝青黏聚成一定結構，具有較高穩定性，大大提升了其物理連接特性，從而使SBS改性混合料的高溫穩定性得到提高。橡膠粉改性瀝青混合料的高溫穩定是由膠粉與瀝青的反應決定的，其低溫狀態下抗裂性較強，但高溫穩定性則不明顯。

3" "結語

改性瀝青混合料的路用性能比基質瀝青混合料更好，適用于高寒及高海拔區域，其中橡膠粉改性理性混合料在低溫狀態下抗裂性較高，而SBS改性瀝青混合料則有著較高的水穩定性，并且疲勞壽命相對較長。高寒高海拔區域溫度低及其溫差較大，為此在施工過程中應該以高溫作為主要指標，在此基礎上科學選擇瀝青混合料類型。

參考文獻

[1] 宋健.橡膠粉改性瀝青混合料性能試驗[J].交通世界，2020（26）：35-36.

[2] 馬峰，劉健，傅珍，等.適用高寒高海拔地區瀝青混合料路用性能[J].公路，2019，64（11）：1-6.

[3] 梁文斌.SBS改性瀝青的高溫穩定性研究[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（7）：161-163.