溫度差異對瀝青混合料路用性能影響研究

李 鋒 （海南路橋工程有限公司，海南 三亞 572000）

瀝青混凝土路面材料的選用，不僅要滿足其經濟性、耐久性、舒適性，還要考慮其設計使用年限。國內南北氣候差異較大，地區晝夜溫度各有不同。為了應對各地區高溫因素、雷雨天氣、潮濕、風蝕環境，在選用瀝青路面材料類型時，考慮影響因素不全會導致材料選用有所欠缺，從而倒使其瀝青路面使用年限未達到設計使用要求便出現功能性損壞。國內許多學者在研究諸多條件因素對瀝青材料的影響，高溫對瀝青材料的影響至關重要。因全球氣候變暖，近年來我國某些地區出現了常年不遇的高溫現象，甚至極個別地區出現極端罕見高溫天氣，在受其特殊溫度的影響下，造成瀝青路面原本的設計使用年限大大縮短，且導致了維護、修復成本的提高。

高溫環境對瀝青混合料帶來的影響往往是不可逆的，在此環境下保持其性能穩定不變是一項艱巨的任務。因為瀝青材料在高溫環境下會發生性能上的改變，隨之帶來的影響是對外界各類環境因素的抵抗力大大降低，并在重荷載環境影響下，瀝青混合料的形變問題極易產生，從而對使用中的瀝青路面造成極大的功能性影響及破壞。

在我國南方地區，夏季時日照時間較長，導致地表溫度極易升高，很多情況下地表溫度已突破瀝青路面材料臨界溫度，高溫因素對瀝青路面的影響研究便是至關重要的課題。為了延緩瀝青路面各類型病害的發生，國內許多路橋施工專業技術人員開始對處于高溫環境下的各類型瀝青路面的性能變化進行研究。目前在高等級路面如高速公路、一級公路上使用的瀝青類型可選性較多，不同類型的瀝青有著它的優點，但也存在某些缺點。瀝青材料類型的選擇對道路工程的建設尤為重要，性能較好的瀝青材料，能較好的提高道路的使用年限及舒適性，帶來較高的工程經濟性。本文目的在于研究在不同的溫度環境下，SMA改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料（A級90#）及乳化瀝青混合料3種不同類型的瀝青混合料的高溫性能指標，從而達到指導和推薦道路建設時選用性能優越的瀝青混合料實例。

1 試驗設計方案及瀝青材料技術指標

1.1 試驗設計方案

本試驗設計方案為研究在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃6種不同溫度環境下，SMA改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料（A級90#）及乳化瀝青混合料3種不同類型的瀝青混合料隨著溫度變化的性能指標，并以馬歇爾穩定度、車轍穩定度試驗[2]和黏性勁度模量作為其性能評價標準，通過該試驗設計方案研究與分析在6種不同溫度變化下對其瀝青混合料的性能指標影響。30℃、40℃2種溫度是模擬瀝青路面在較為常規的溫度下的性能變化，將這2種溫度作為對比試驗參照組，50℃、60℃2種溫度是模擬瀝青路面在7、8月份夏季平均溫度較高環境下的性能指標，70℃、80℃2種溫度是模擬瀝青路面在極端罕見高溫環境條件下的性能破壞指標大小。

根據相關的施工技術規范指標及現場工程經驗，在本次試驗設計方案中統一采用的瀝青混合料油石比為4.5%。試驗設計方案詳見圖1。

圖1 試驗設計流程圖

1.2 瀝青材料技術指標

①本次試驗所統一采用的改性瀝青（用于SMA瀝青混合料）、道路石油瀝青（A級90#）及乳化瀝青的技術指標檢驗結果詳見表1～表3。

改性瀝青指標檢測結果 表1

道路石油瀝青（A級90#）指標檢測結果 表2

從上述表1、表2、表3中可看出，其選用的3種瀝青原料技術指標經檢測均滿足技術規范要求，綜上，本試驗所采用的瀝青原料的研究結果有效性能夠得到保證。

②本次研究試驗所采用的瀝青粗、細集料檢測質量結果均滿足技術規范要求，詳見表4、表5。

粗集料質量檢測結果 表4

細集料質量檢測結果 表5

2 試驗研究結果與性能分析

2.1 馬歇爾穩定度試驗

為研究上述3種不同類型瀝青馬歇爾試件在不同溫度環境下的穩定度、流值，試驗在馬歇爾試件成型并穩定后，將其分別置入于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的電控恒溫容器中存放48h，隨后開始進行馬歇爾穩定度及流值的檢測。其穩定度、流值的檢測試驗結果詳見圖2、圖3。

圖2 馬歇爾穩定度柱形分析圖

圖3 馬歇爾流值柱形分析圖

根據圖2、圖3內容可知，在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃ 6種不同溫度環境下，SMA改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度均滿足技術規范要求≥8/kN，其流值變化速率并不明顯，為2.5mm～4.5mm之間。試驗發現，當溫度≤60℃時，所測得乳化瀝青混合料的馬歇爾穩定度、流值均能夠滿足技術規范要求。但是當溫度≥60℃時，其測得乳化瀝青混合料流值[8]數據指標與SMA改性瀝青混合料比較來看，增長頻率較為明顯，且其馬歇爾穩定度均低于技術規范要求。溫度為40℃～80℃時，測得道路石油瀝青混合料（A級90#）處于2.5mm～4.5mm的正常流值區間，溫度≥70℃后，檢測出馬歇爾穩定度＜8/kN。綜上，參照技術規范指標中馬歇爾穩定度以及馬歇爾流值的規范值，得出SMA改性瀝青混合料的穩定性較為出色，可適用于各階段溫度環境和極端高溫環境；道路石油瀝青混合料（A級90#）的高溫穩定性次之；由于當溫度≥60℃時，其測得流值指標為乳化瀝青混合料增長最大，且馬歇爾穩定度均低于技術規范要求，乳化瀝青混合料作為路面材料不用在夏季溫度高達50℃左右的地區。

2.2 車轍試驗

本試驗首先將SMA改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料（A級90#）及乳化瀝青混合料3種不同類型的車轍試件做好成型后，將車轍試驗儀器溫度分別調至 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。30℃、40℃2種溫度是模擬瀝青路面在較為常規的溫度下的路面吸熱溫度，50℃、60℃2種溫度是模擬瀝青路面在7、8月份夏季平均溫度較高環境下的路面吸熱溫度，70℃、80℃2種溫度是模擬瀝青路面在極端罕見高溫環境條件下路面吸熱溫度[7]。溫度調節就緒后，分別檢測在6種溫度下，進行車轍試件的動穩定度分析和形變結果，其試驗詳見圖4、圖5。

圖4 動穩定度柱形分析圖

圖5 車轍試驗柱形分析圖

根據圖4、圖5得知，SMA改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料（A級90#）進行車轍試驗時其動穩定度指標在6種試驗溫度環境條件下均滿足技術規范≥800次/mm的要求。試驗測得，當乳化瀝青混合料≥60℃，動穩定度超出規范數值，并且當試驗溫度升高至60℃～80℃時，乳化瀝青混合料在高溫條件下變形會隨著溫度攀升而愈發顯著。根據車轍試驗檢測結果可知，SMA改性瀝青混合料在高溫環境下的性能較為優越[8]，比較適用于氣溫能達到50℃左右時的區域，其動穩定度指標及變形范圍在此溫度條件下均能夠滿足使用要求；測得道路石油瀝青混合料（A級90#）在同等條件下試驗性能指標劣于于SMA改性瀝青混合料；高溫環境不利于乳化瀝青混合料使用，其動穩定度、變化較大的形變速率將使得其適用范圍和條件均有所限制[8]。

2.3 單軸蠕變性能試驗

在滿足進行單軸蠕變性能試驗的基礎上，將SMA改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料（A級90#）及乳化瀝青混合料3種不同類型的瀝青混合料制成圓柱體，立即開展單軸蠕變指標檢測試驗。待所有瀝青混合料進行單軸蠕變試件制作完成且穩定后，將試件置入30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的電控恒溫容器中存放48h，待時間結束后立即取出試件進行性能測試。在不同溫度條件下的黏性勁度模量的性能變化影響，試驗檢測結果詳見圖6、圖7。

圖6 黏性勁度模量折線圖

圖7 黏性勁度模量柱形對比圖

根據圖6、圖7單軸蠕變試驗得知，在高溫環境條件下SMA改性瀝青混合料的性能較為穩定，其黏性勁度模量指標數值較高，并且根據溫度的升高測得其黏性勁度模量指標變化反而最小。由此可知，在單位壓力作用下，SMA改性瀝青混合料形變量最小。測得道路石油瀝青混合料（A級90#）的單軸蠕變性能略低于SMA改性瀝青混合料。測得乳化瀝青混合料的黏性勁度模量指標最小，說明其在單位壓力作用下形變量是3種瀝青混合料中最大的。從圖6中也可看出，在溫度不斷升高時，乳化瀝青混合料黏性勁度模量指標的降低速率[8]為3種瀝青混合料中最大。從本試驗結果可知，SMA改性瀝青混合料適用于夏季溫度較高的區域，在選擇SMA改性瀝青混合料有困難的情況下可使用道路石油瀝青混合料（A級90#）進行替代，但不建議在夏季高溫地區使用乳化瀝青混合料作為路面材料使用。根據試驗所測得數據與分析結果，其單軸蠕變性能SMA改性瀝青混合料為最優，道路石油瀝青混合料（A級90#）次之，乳化瀝青混合料較差。

3 結論

①根據上述3項試驗可總結出，SMA改性瀝青混合料性能指標檢測結果為3組瀝青混合料中最優，可作為在夏季高溫地區和極端罕見高溫環境條件下的推薦首選瀝青路面材料。

②道路石油瀝青混合料（A級90#）各項性能指標在3組瀝青材料中劣于SMA改性瀝青混合料，但優于乳化瀝青混合料，在高溫區域使用SMA改性瀝青混合料[9]作為路面材料有困難時，可使用道路石油瀝青混合料（A級90#）。

③乳化瀝青在本次3項試驗過程中，可得出其性能受高溫環境條件影響較大，因此，不推薦在夏季高溫地區作為瀝青路面材料。

④綜上，總結出其3種不同類型的瀝青混合料在不同溫度環境下受高溫因素的影響中，乳化瀝青混合料受高溫因素影響較大，道路石油瀝青混合料（A級90#）次之，SMA改性瀝青混合料高溫性能最好，可作為最優瀝青路面材料投入路面工程建設使用。