低标号沥青耐久性高模量混合料性能研究

低标号沥青耐久性高模量混合料性能研究

作者：孙海洋 ,江苏连云港 ,邮编222000

单位：连云港市公路事业发展中心

摘要：为解决目前我国沥青路面高温车辙病害、修复成本不断增加的问题，本文采用低标号硬质沥青进行相关性能研究，进行了冻融劈裂试验、车辙试验、拉伸模量试验以及抗疲劳性能试验，得出试验结果：显示溶剂脱30#沥青的路用性能卓越，氧化30#沥青的高低温稳定性更优，但抗疲劳性能较差。最后进行实体工程应用，应用效果良好，验证了本研究的可行性。

关键词：沥青路面；低标号沥青；高模量沥青混合料；高温车辙

引言

目前，70#沥青在我国沥青路面中的应用十分广泛，其特点为针入度较高，软化点较低，高温性能一般，目前全球温度不断上升以及交通量的不断增加，不断加剧沥青路面的病害问题，若所使用的沥青高温粘度劲度越强，则其与石料的粘附性越好，所形成的混合料劲度模量越高，其整体的抗高温变形能力也就越好[1]。目前的研究结果显示，高模量沥青混合料的模量、动稳定度、高温抗车辙性能及温度敏感性能比常规沥青混合料更加优异；在夏季高温、重载交通环境下时，高模量沥青混合料更适用于沥青路面中下面层[2,3]。

本文采用低标号硬质沥青进行相关性能研究，进行了冻融劈裂试验、车辙试验、拉伸模量试验以及抗疲劳性能试验，研究了混合料的路用性能，混合料的成本低且高温性能比较优异，对路面的车辙病害问题可以起到很好的解决作用[4]。目前开发的油源不一定适合低标号沥青，怎么将这些油源用于低标号沥青是需要解决的问题。本研究针对以上问题进行，研究的成果可以为沥青领域起到促进作用，有利于我国高速公路沥青路面质量和寿命的提高[5]。

1 耐久性高模量混合料路用性能研究

1.1 配合比设计

（1）低标号沥青

沥青采用由中石化生产的溶剂脱30#沥青和氧化30#沥青；对沥青混合料进行间接拉伸模量试验（ITSM试验）。

试验结果如图1所示。

图1 不同沥青耐久性高模量混合料间接拉伸模量比较

试验结果显示： 15℃条件下氧化30#沥青混合料的间接拉伸模量最小；镇海15#沥青混合料的间接拉伸模量最大；氧化30#沥青、溶剂脱30#沥青、50#沥青+添加剂的间接拉伸模量相差不大。

（2）集料与级配

集料采用镇江生产的石灰岩，分1#、2#、3#、4#四种规格，矿粉为磨细石灰岩矿粉。

根据每种规格原材料的筛分结果，通过试算得到以下配比：2#：3#：4#：矿粉=50：15：31：4。

1.2冻融劈裂试验

耐久性高模量沥青混合料的抗水损害性能评价采用冻融劈裂试验进行，共成型2组试件，马歇尔双面击实50次，试件的高度、直径分别为（63.5±1.3）mm、（101.6±0.2）mm。两组试件其中一组保存在室温下，另一组需要真空饱水15min后在（-18±2）°C保持（16±1）h，再在（60±0.5）°C水箱保温24h。试验结果如下。

表1 冻融劈裂试验结果

试验结果显示：氧化30#沥青和溶剂脱30#沥青耐久性高模量混合料的劈裂强度比值高于其它品种。

1.3 国内车辙试验

将四种种沥青的耐久性高模量混合料进行中国车辙动稳定度试验结果的比较，结果如下。

表2 国内车辙试验结果

试验结果显示，氧化30#沥青混合料的动稳定度高于其它品种沥青混合料，溶剂脱30#沥青混合料的动稳定度与镇海15#相差不大，但远小于氧化30#沥青的动稳定度。

1.4 抗疲劳性能试验

将四种沥青的耐久性高模量混合料进行125με下疲劳试验结果对比，试验采用沥青胶结料试验仪NU-14进行。试验频率采用10Hz，每种沥青应变水平试验重复2次，疲劳破坏标准定为小梁试件劲度模量降至初始一半时。结果如下所示。

表3 疲劳试验结果

试验结果显示：溶剂脱30#沥青混合料的疲劳寿命最长，疲劳性能好于其他两种沥青混合料；而氧化30#沥青混合料的疲劳次数为18331次，远低于其他种类的沥青混合料，疲劳性能较差。

2 实体工程应用

2.1 工程概况

针对低标号耐久性高模量沥青混合料的性能特点，为更好地检验其路用性能，本文选择了位于连云港市国省干线公路S402和G204部分车辙较大的交叉口进行应用。该路段是赣榆港和工业园区的主干道路，重载货车较多，车流大，对路面要求高。前期对S402和G204拟处治交叉口进行了现场取芯调查。从现场取芯调查可以得出：S402和G204基层普遍较为理想，处治方案的选择应视路表车辙深度、现有沥青结构层厚度、基层状况、最小施工厚度和经济性进行综合权衡考虑。拟按下表进行方案选择：

表4 处置方案

2.2 施工工艺研究

耐久性高模量沥青混合料的施工温度与一般改性沥青混合料有所区别，其中沥青的加热温度、矿料温度、混合料出厂温度与一般沥青混合料一致；摊铺温度范围不低于150℃，低于145℃作为废料；初压开始温度不低于145℃；复压最低温度不低于130℃；碾压终了温度不低于100℃。初压时使用一台双钢轮压路机前静后振两遍，复压采用一台胶轮压路机碾压3~4遍，终压采用一台钢轮压路机碾压一遍。

2.3 试验路后期检测

通车5个月以及10个月后对试验路现场外观、车辙情况等进行了观测。试验路外观如下图所示。

图3 路面外观以及车辙检测

观测结果显示，试验路通车5个月后，由于通车时间较短，试验路表面外观与施工期间外观相差不大，表面较均匀密实，且经历一个冬季后，现场检测所有九个交叉口处治路段均未发现裂缝，表明采用30#沥青能够满足连云港气候对于混合料低温性能的要求。

通车10个月后，外观较为均匀且非常密实，基本没有表面连通孔隙。试验路段表面较均匀密实，表面粗糙度良好，所有路段表面均未发现裂缝，效果良好。

3 结语

（1）抗水损害性能：从冻融劈裂试验结果可以看出，氧化30#沥青混合料的冻融劈裂强度比为92.7，溶剂脱30#沥青混合料的冻融劈裂强度比为95.1，两种沥青混合料的抗水损害性能良好，溶剂脱30#沥青混合料的抗水损害性能更优。

（2）高温稳定性：从国内车辙试验结果可以看出，氧化30#沥青混合料的动稳定度为13564次/mm，溶剂脱30#沥青混合料的动稳定度为4322次/mm，车辙率低于7.5%，高温稳定性良好。

（3）力学性能：从间接拉伸模量试验结果可以看出，溶剂脱30#沥青混合料的拉伸模量稍大于氧化30#沥青混合料，两者性能差异很小。

（4）抗疲劳性能：从试验结果可以看出，溶剂脱30#沥青混合料在125με下的疲劳寿命为1237754次，而氧化30#沥青混合料的为18331次，氧化30#沥青混合料的疲劳性能较差。

（5）从实体工程应用结果可以得出：试验路段表面均匀密实，粗糙度良好，通车5个月以及10个月后现场外观良好、无明显车辙情况，应用效果较好。

参考文献

[1]林志伟,梁永存,龙威宇等.高温重载条件下全柔性高模量沥青路面结构的应用研究[J].交通科技,2022,No.315(06):30-35.

[2]杨光,王旭东.高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究[J].公路交通科技,2019,36(05):20-26+56.

[3]郭寅川,张争明,邵东野,石小鹏,王路生,王军茂.高模量天然沥青混合料设计及路用性能对比研究[J].硅酸盐通报,2021,40(08):2811-2821.

[4]谢成,骆俊晖,刘豪斌等.高模量沥青及沥青混合料性能研究[J].公路,2022,67(10):32-36.

[5]蒋星川.高模量沥青混凝土路面力学性能分析[J].散装水泥,2022,No.219(04):158-160.