外掺剂类高模量沥青混合料研究与性能分析

刘明 王萍

【摘 要】本文通过沥青混合料车辙、动态模量、冻融劈裂、低温弯曲等常规性能试验，并结合NCHRP最新研究成果-重复加载永久变形试验，即流动次数试验，证明了高模量外掺剂能够提高沥青混合料的高低温性能，且不会损失抗水损坏性能。同时，与SBS改性沥青混合料相比，外掺剂类高模量沥青混合料具更好的高温抗变形能力。

【关键词】高模量沥青混凝土外掺剂 流动次数 动态模量

1 绪论

随着国民经济的发展，道路交通量不断增大，车辙已成为我国公路沥青路面早期破损的主要形式之一。国内外研究表明，提高沥青混合料的模量是解决路面车辙问题的重要手段。近年来，在采用界面改性原理的 “高强度结构沥青料”提高沥青混合料的模量得到人们的广泛重视。本文选择SBS改性沥青以及国内外具有代表性的四类高模量沥青混合料外掺剂PR Module高模量沥青混合料添加剂、德国DUROFLEX辽宁路宝高模量外掺剂和SHRD高模量沥青混合料添加剂进行沥青混合料性能试验，对比五种沥青混合料的各项路用性能

2 试验准备

2.1沥青

本次试验采用韩国双龙70#机制沥青和SBS改性沥青，沥青各项指标均满足规范要求。

2.2集料

试验用集料采用山东曹范10～20mm石灰岩，山东长清5～10mm、3～5mm和0～3mm石灰岩，矿粉采用长清石灰岩质矿粉，且集料各项指标均满足规范要求。

2.3高模量外掺剂

本次高模量沥青混合料性能评价采用四种高模量外掺剂，其物理指标如表1所示。

表1高模量沥青混合料外掺剂

名称

产地

样品编号

外观

粒径（mm）

密度（g/cm3）

软化点（℃）

熔融指数（g/10min）

SHRD高模量沥青混合料添加剂

济南

SHRD

黑色颗粒

3～5

0.92～0.98

120～160

>1

PR Module高模量沥青混合料添加剂

法国

PR-M

黑色颗粒

2～4

0.93～0.965

170

-

DUROFLEX

德国

D

黑色颗粒

4.75～0.75

1.042

120 ～150

-

路宝

沈阳

LB

灰色颗粒

3～5

0.92～0.98

140

>1

2.4级配

为了减小由于集料差别造成的沥青混合料性能的误差，本次试验对集料进行精筛，采用AC-20级配进行混合料试验，级配曲线尽量靠近中值。采用马歇尔试验方法确定基质沥青、SBS改性沥青和基质沥青加外掺剂沥青混合料的最佳沥青用量分别为4.2%、4.2%和4.3%。

3 性能研究

SBS改性沥青和推荐掺量的四种高模量外掺剂沥青混合料试验结果如表2所示。

表2高模量外掺剂和SBS改性沥青混合料试验结果

名称

外掺剂掺量（%）

动稳定度（次/mm）

冻融劈裂抗拉强度比（%）

低温弯曲破坏最大弯拉应变（με）

动态模量（15℃，10Hz）（MPa）

流变次数（60℃，138KPa，400KPa）（次）

SBS

0

3865

86.7

4046

11560

3276

SHRD

0.3

13285

88.3

4376

17923

7890

PR-M

0.7

11659

82.3

3769

17356

6585

D

0.3

3943

84.9

3135

14897

4036

LB

0.3

10667

81.5

2767

14779

5994

3.1高温抗车辙性能

图1不同外掺剂混合料车辙试验对比

由表2和图1可以看出，除德国DUROFLE与SBS改性沥青混合料动稳定度相当外，其他三种高模量外掺剂的高温抗车辙性能均明显优于SBS改性沥青混合料。SHRD、PR-M和LB动稳定度分别为SBS改性沥青混合料的3.44、3.01、和2.76倍。

3.2动态模量

图2不同外掺剂混合料动态模量（15℃，10Hz）

由图2可知，高模量外掺剂混合料的动态模量（15℃，10Hz）明显优于SBS改性沥青混合料。由表2动态模量数据可知，SHRD和PR-M动态模量（15℃，10Hz）相当，分别为SBS改性沥青混合料的1.55和1.50倍，均大于17000MPa。D和LB动态模量（15℃，10Hz）低于上述两种外掺剂，分别是SBS改性沥青混合料的1.29和1.28倍，均大于14000MPa。

3.3流动次数

图3流变次数与各种掺加剂的关系

从上述试验结果可以看出，外掺剂类高模量沥青混合料的流动次数均高于SBS改性沥青混合料，其中SHRD沥青混合料的流变次数为7890次，为SBS改性沥青混合料的2倍以上，同时也高于其他类型的掺加剂。

3.4冻融劈裂和低温弯曲

由表2数据可知，五种混合料冻融劈裂残留强度比TSR 和低温弯曲破坏最大弯拉应变相差不大，都满足规范要求。与SBS改性沥青混合料相比，SHRD高模量沥青混合料添加剂的TSR和低温弯曲破坏最大弯拉应变均略好于SBS改性沥青，而其他高模量外掺剂的相应性能略差于SBS改性沥青。

4 结语

本文采用包括流动次数试验在内的系统的沥青混合料性能试验对SBS改性沥青和多种高模量外掺剂混合料性能的对比，可以看出外掺剂类高模量沥青混凝土更好的高温抗车辙性能。

（1）添加高模量沥青混合料外掺剂不会改变沥青用量，能够提高沥青混合料的动态模量和高低温性能，且不会损失混合料的抗水损坏性能。

（2）与经中国大量工程实践考验的SBS改性沥青相比，外掺剂类高模量沥青混合料具有更好的高温性能，SBS沥青混合料低温抗裂性能更优。

（3）与同类产品相比，SHRD高模量沥青混合料各项指标均好于其他四种外掺剂。

（4）流动次数试验结果表明，使用外掺剂类高模量沥青混合料沥青路面比SBS沥青路面的具有更好的抵抗高温变形能力。

参考文献：

[1]苏凯，孙立军.沥青路面车辙产生机理[J].石油沥青，2006，20（4）：1-7.

[2] CRONEY P， CRONEY D. The Design and Performance of Road Pavement [M]. Third Edition.New York ： McGraw-Hill， 1997.

[3] R. F. Bonaquis and D.W. Christensen. etc. Simple Performance Tester for Superpave Mix Design： First-Article Development and Evaluation [R].NCHRP REPORT 513， 2003.

[4]JTJ 052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[5]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

作者简介：刘明（1980—），男，汉族，山东汶上人，硕士研究生，工程师，毕业于山东大学，就职于青岛市交通规划设计院，研究方向：道路与铁道工程； 王萍（1980—），女，汉族，山东青岛人，硕士研究生，工程师，毕业于青岛农业大学，就职于青岛市交通规划设计院，研究方向：风景园林。