SBS改性瀝青混合料AC-25低溫性能研究

宋云祥 宋鴿

摘 要：為了解瀝青混合料低溫性能，以連續型級配瀝青混合料為例，通過-10℃小梁彎曲試驗進行其低溫抗裂性能評價與分析，主要涉及抗彎拉強度、最大彎拉應變等評價指標。主要針對不同級配、不同RA抗車轍劑摻量及不同級配類型對瀝青混合料低溫性能的影響進行研究，以期能夠改善SBS改性瀝青混合料AC-25的低溫性能，延長工程使用壽命。關鍵詞：瀝青路面;SBS改性瀝青混合料;低溫性能;不同級配

中圖分類號：U414.03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）05-0004-03

1 不同級配對瀝青混合料低溫性能的影響

在瀝青混合料低溫性能評價當中，抗彎拉強度是最常見的低溫性能評價指標，通過抗彎拉強度可以準確低溫條件下，瀝青混合料抵抗拉應力的能力情況。一般來講，抗彎拉強度越大，則混合料抗低溫拉應力能力越好，兩者呈正比。低溫條件下，瀝青混合料的變形能力可由最大彎拉應變反映，最大彎拉應變增加，則混合料的抗變形能力越好。除此之外，還需要考慮彎曲勁度模量，彎曲勁度模量越高，越容易出現混合料裂縫[1]。

1.1 小梁彎曲試驗分析

按照公路瀝青混合料現行試驗標準要求，在瀝青混合料低溫性能評價中，可采用小梁彎曲試驗。此次以萬能材料試驗機完成測定。試驗流程如下：

通過輪碾壓成型，車轍板的尺寸為300 mm（長）× 300 mm（寬）×100 mm（厚）;

通過切割機切割成尺寸滿足標準規定的小梁試件，試件尺寸為250 mm（長）×30 mm（寬）×35 mm（高）;

設定一組試驗的根數，每組4根小梁試件;

設定-10℃試驗溫度，確定單點集中加載方式，確定跨徑、加載速率;

按照既定公式計算小梁彎曲破壞時的三個評價指標，即抗彎拉強度、最大彎拉應變、彎曲勁度模量。

抗彎拉強度計算公式如下：

RB=3LPB/2bh2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

試件破壞條件下，RB代表抗彎拉強度;L代表試件跨徑;PB代表最大破壞荷載;h代表跨中斷面試件高度;b代表跨中斷面試件的寬度。

最大彎拉應變計算公式如下：

εB=6hd/L2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

試件破壞條件下，εB代表最大彎拉應變;d代表跨中撓度。

彎曲勁度模量計算公式如下：

SB=RB/εB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

試件破壞條件下，SB代表彎曲勁度模量。

1.2 小梁彎曲試驗結果

表1為-10℃條件下，不同級配瀝青混合料的小梁彎曲試驗檢測結果。

由此可見，對于瀝青混合料的低溫抗裂能力來講，主要決定因素在于2點：02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

低溫斷裂條件下，混合料所承受的最大破壞荷載的大小;低溫條件下，瀝青混合料的抗變形能力，也就是最大彎沉應變。

通過表1可知，在-10℃低溫條件下，按照從高到低的順序依次排列，上述四種連續型密級配瀝青混合料的最大彎拉應變當中，最高值為AC-25-1級配，最低值為AC-25-3級配，但總體來講，上述4種連續型密級配瀝青混合料的最大彎拉應變值都可達到規定標準（≥2 500），從而表明，搗實試驗設計的級配穩定性較好。

由各級配極限彎拉勁度模量檢測結果可見，在相同低溫條件下，AC-25-3級配的彎曲勁度模量最高，可以達到3 600 MPa，AC-25-1級配的彎曲勁度模量最小，為2 800 MPa。一般來講，瀝青混合料的彎曲勁度模量越高，則說明其低溫抗裂性能越差。由此可見，在不同級配瀝青混合料當中，低溫抗裂性能較高的級配為AC-25-1與AC-25-2。究其原因在于上述兩個級配的油石比偏大，瀝青混合料當中瀝青用量大，在低溫環境下，瀝青材料具有較強的變形能力，增強了混合料的低溫穩定性。這也說明了，瀝青混合料的低溫性能與最佳油石比之間存在必然的聯系。

2 RA抗車轍劑摻量對瀝青混合料低溫性能的影響

-10℃低溫條件下，針對四種不同級配瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，為了詳細了解瀝青混合料的低溫性能，提出了不同RA抗車轍劑摻量的對比分析，RA摻量分為5類，即0、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，從而獲取不同級配混合料的最大破壞荷載、破壞跨中撓度、抗彎拉強度、最大彎拉應變及極限彎拉勁度模量等指標[2]。

當RA摻量為0時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為934 N，破壞跨中撓度為0.55 mm，抗彎拉強度為7.618 MPa，最大彎拉應變為3190（10-6） MPa，極限彎拉勁度模量為3 215 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為970 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強度為8.035 MPa，最大彎拉應變為2 770（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 608 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 035 N，破壞跨中撓度為0.42 mm，抗彎拉強度為8.450 MPa，最大彎拉應變為2570（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 880 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 040 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強度為8.560 MPa，最大彎拉應變為2 548（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 780 MPa。

當RA摻量為0.2%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 050 N，破壞跨中撓度為0.53 mm，抗彎拉強度為8.028 MPa，最大彎拉應變為3 350（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 172 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 110 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強度為8.175 MPa，最大彎拉應變為2 995（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 605 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 185 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強度為8.470 MPa，最大彎拉應變為2 850（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 812 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 123 N，破壞跨中撓度為0.41 mm，抗彎拉強度為8.602 MPa，最大彎拉應變為2 810（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 730 MPa。

當RA摻量為0.3%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 127 N，破壞跨中撓度為0.54 mm，抗彎拉強度為8.105 MPa，最大彎拉應變為3 355（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 045 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 180 N，破壞跨中撓度為0.36 mm，抗彎拉強度為8.225 MPa，最大彎拉應變為3 058（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 506 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 245 N，破壞跨中撓度為0.38 mm，抗彎拉強度為8.527 MPa，最大彎拉應變為2 890（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 762 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 190 N，破壞跨中撓度為0.44 mm，抗彎拉強度為8.625 MPa，最大彎拉應變為2 840（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3612 MPa。

當RA摻量為0.4%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 145 N，破壞跨中撓度為0.55 mm，抗彎拉強度為8.121 MPa，最大彎拉應變為3 400（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為2 945 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 275 N，破壞跨中撓度為0.37 mm，抗彎拉強度為8.365 MPa，最大彎拉應變為3 060（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3363 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 332 N，破壞跨中撓度為0.39 mm，抗彎拉強度為8.580 MPa，最大彎拉應變為2 905（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3735 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 270 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強度為8.679 MPa，最大彎拉應變為2 950（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 501 MPa。

當RA摻量為0.5%時，AC-25-1級配的最大破壞荷載為1 176 N，破壞跨中撓度為0.57 mm，抗彎拉強度為8.099 MPa，最大彎拉應變為3 368（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為2 915 MPa。AC-25-2級配的最大破壞荷載為1 289 N，破壞跨中撓度為0.37 mm，抗彎拉強度為8.397 MPa，最大彎拉應變為3 078（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 279 MPa。AC-25-3級配的最大破壞荷載為1 372 N，破壞跨中撓度為0.43 mm，抗彎拉強度為8.610 MPa，最大彎拉應變為2 798（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 669 MPa。工地級配的最大破壞荷載為1 328 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強度為8.714 MPa，最大彎拉應變為2 953（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 499 MPa。02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

與普通瀝青混合料相比，摻加一定量RA抗車轍劑的瀝青混合料的低溫最大彎拉應變相對較大，可以達到我國現行瀝青混合料施工規范要求，但與此同時也可以看出，瀝青混合料的最大彎拉應變并非隨著RA摻量的不斷增長而增長，當RA摻量達到0.3%的情況下，瀝青混合料的最大彎拉應變值最高，隨后下降。通過摻加RA抗車轍劑，可以進一步增強瀝青混合料的抗彎拉強度。在不同RA摻量條件下，摻加量越大，則瀝青混合料的極限彎拉勁度模量不增反降，說明RA摻量達到0.5%時，瀝青混合料的極限彎拉勁度模量最小，混合料的低溫抗裂性能最好。總而言之，對于瀝青混合料低溫性能而言，摻加適量RA抗車轍劑具有一定改善作用[3]。

3 不同級配類型對瀝青混合料低溫性能的對比分析

通過上述分析，為了解不同級配類型是否會影響瀝青混合料的低溫性能，本文針對AC-25-3級配、Sup-25級配、KH-25級配三種不同類型進行了對比分析。在試驗中，采取同一材料進行車轍試件的加工與制作，隨后利用切割機進行小梁試件的切割，試件的尺寸為250 mm（長）×30 mm（寬）×35 mm（高），小梁彎曲試驗的試驗溫度仍以-10℃低溫為準，檢測指標包括：最大破壞荷載、破壞跨中撓度、抗彎拉強度、最大彎拉應變與極限彎拉勁度模量。

3.1 AC-25-3級配

當油石比為3.9%時，最大破壞荷載為1 036 N，破壞跨中撓度為0.43 mm，抗彎拉強度為8.455 MPa，最大彎拉應變為2 795（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 670 MPa。

3.2 Sup-25級配

當油石比為3.8%時，最大破壞荷載為1 018 N，破壞跨中撓度為0.40 mm，抗彎拉強度為8.325 MPa，最大彎拉應變為2 635（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 898 MPa。

3.3 KH-25級配

當油石比為4.2%時，最大破壞荷載為990 N，破壞跨中撓度為0.45 mm，抗彎拉強度為8.278 MPa，最大彎拉應變為2 892（10-6） ?MPa，極限彎拉勁度模量為3 460 MPa。

通過檢測結果可知，在三種級配類型當中，按照從高到低的順序依次排列，瀝青混合料的抗彎拉強度為AC-25-3級配>Sup-25級配>KH-25級配。由此說明，在三種不同級配類型的瀝青混合料當中，最大彎拉應變均可滿足現行標準，其中AC-25-3級配瀝青混合料的抗彎拉強度最大，則其低溫抗拉能力最好。瀝青混合料的最大彎曲應變為KH-25級配>AC-25-3級配>Sup-25級配。瀝青混合料的彎拉勁度模量為Sup-25級配>AC-25-3級配>KH-25級配。結合上述分析，3種不同級配類型的瀝青混合料當中，低溫變形能力最高的為KH-25級配，其次為AC-25-3級配，最后為Sup-25級配。KH-25級配瀝青混合料的低溫變形能力最好的主要原因在于此類混合料當中礦粉用量、瀝青用量都較多，在低溫條件下，瀝青材料具有較強的變形能力，說明相比其他兩種級配類型，KH-25級配低溫性能較好。但結合經濟性、施工當地氣溫、降雨等因素考慮，最終認為級配類型以AC-25-3級配最佳。

4 結語

綜上所述，本文以連續型密級配瀝青混合料低溫性能為例進行分析，為了有效提升AC-25瀝青混合料的低溫性能，分別對不同級配、不同RA抗車轍劑摻量、不同級配類型條件下是否會影響SBS改性瀝青混合料的低溫性能進行評價分析。所得結論如下：

在不同級配影響分析中，在-10℃低溫條件下，AC-25-3級配的彎曲勁度模量最高，AC-25-1級配的彎曲勁度模量最小。不同級配瀝青混合料當中，低溫抗裂性能較高的級配為AC-25-1與AC-25-2。究其原因在于上述兩個級配的油石比偏大，瀝青混合料當中瀝青用量大，在低溫環境下，瀝青材料具有較強的變形能力，增強了混合料的低溫穩定性。以上分析說明瀝青混合料的低溫性能與最佳油石比之間存在很大關系。

在不同RA抗車轍劑摻量條件下，對于SBS改性瀝青混合料低溫性能來講，摻加適量RA抗車轍劑可以起到一定改善作用，其中最佳摻量配比為0.3%。

在不同級配類型影響分析中，三種不同級配類型的瀝青混合料當中，低溫變形能力最高的為KH-25級配，其次為AC-25-3級配，最低為Sup-25級配。但結合經濟性、施工當地氣溫、降雨等因素考慮，最終認為AC-25-3級配最為合適。

參考文獻

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