岩沥青改性沥青微表处混合料路用性能试验研究

张树春，代　考

(1.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广州　510000； 2.广东工业大学华立学院，广州　510000)

岩沥青改性沥青微表处混合料路用性能试验研究

张树春1，代考2

(1.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广州510000； 2.广东工业大学华立学院，广州510000)

摘要：岩沥青是一种天然沥青改性剂，具有沥青混合料路用性能的特性。以“轮胎驱动式路面功能加速加载试验系统”作为试验平台，对不同掺量岩沥青的改性乳化沥青微表处混合料进行室内加速加载试验。通过模拟实际道路特点，研究微表处混合料抗滑性能变化规律，并定量评价岩沥青掺量对其路用性能的影响。研究成果对推动微表处技术的应用与发展具有重要意义。

关键词：岩沥青；改性乳化沥青；微表处；加速加载试验；路用性能

沥青路面因具有很好的稳定性和舒适性而被广泛应用于路面铺设。然而，随着现代交通量不断增大以及受降雨、高温等气候条件的影响，沥青路面的抗滑性能逐渐衰减，已经严重影响到车辆的行车安全。

微表处技术引入到我国已经有很多年了。以往大量工程应用表明，工程质量好的微表处对沥青路面确实具有良好的保护作用，能够有效改善路面的抗滑性能、封堵微细裂缝、处置轻微车辙等，延长路面使用寿命和大修周期[1]。然而，目前所实施的微表处工程其表面功能并非都令人满意，这是由于现有《微表处和稀浆封层技术指南》中规定微表处和稀浆封层中所用的乳化沥青的针入度指标范围是40～100，该范围过于宽泛，所制成的微表处质量差异性较大，不能完全保证微表处摊铺后的抗滑耐久性[2]。笔者认为，在综合考虑沥青混合料的粘结性、抗裂性和脆性时，对《指南》提出的针入度范围具有优化和细化的余地[3]。基于此，笔者采用向成品乳化沥青中外掺不同比例的岩沥青来获取低标号乳化沥青，并利用所得的改性乳化沥青制成微表处试件，采用室内加速加载装置来研究和评价微表处混合料在加速加载条件下其抗滑性能和抗剥落性能的变化情况，进而对其路用性能进行评价[4]。

1原材料选用

1.1集料

试验采用粒径5～10、0～5 mm的集料，石料采用广东省梅州长大生产基地生产的凝灰岩[5]。集料性能试验结果如表1所示。

1.2级配

经由试验验证MS-3型级配下限在抗滑性能衰减和抗剥落2方面都表现出了较好的性能。因此，为消除级配对微表处表面功能的影响，本次试验采用MS-3下限[6]。微表处矿料级配如表2所示。

表1　集料性能试验结果汇总

表2　微表处矿料级配

1.3乳化沥青

试验采用“威森德”牌改性乳化沥青，技术指标如表3所示。试验采用天然岩沥青，黑褐色，粉末状，且具有不规则的棱角断面。组分中沥青质含量很高，经燃烧法测定，改性乳化沥青的总体比例约89.8%。

1.4岩沥青改性乳化沥青技术指标

根据《乳化沥青蒸发残留物测定法》中所规定的检测项目，按其规定的方法检测岩沥青改性乳化沥青的性能，检验沥青是否合格[7]。

本次试验岩沥青掺量分别选为0、2.0%、4.0%、6.0%(相对于乳化沥青质量的百分数)，采用人工物理拌和方法，共获得了4种岩沥青改性乳化沥青，其性能指标如表4所示。

1.5环氧树脂改性乳化沥青技术指标

根据《乳化沥青蒸发残留物测定法》中所规定的检测项目，按其规定的方法检测环氧树脂改性乳化沥青的性能，检验沥青是否合格[8]。

表3　改性乳化沥青技术指标测试结果

通过采用人工物理拌和方法检验得出掺量为2.0%环氧树脂改性沥青的性能技术指标，如表5所示。

表4　不同掺量岩沥青改性乳化沥青的性能指标

表5　环氧树脂改性乳化沥青技术指标测试结果

2室内试验

2.1试件制作

根据工程经验，按照《沥青改性乳化沥青微表处指南》规定的常规试验检测混合料的可拌和时间、粘聚力和油石比，确定沥青和水的用量。

把8个水泥混凝土底模分成4组，每组各2个，每组底模摊铺同一种微表处混合料，如图1及表6所示。

图1　微表处混合料试件

试件编号分组级配沥青油石比/%1#2#3#4#5#6#7#8#第1组第2组第3组第4组MS-3下限改性乳化沥青+0%岩沥青改性乳化沥青+2%岩沥青改性乳化沥青+4%岩沥青改性乳化沥青+2%环氧树脂10

根据《沥青改性乳化沥青微表处指南》中的规定配制不同油石比及不同岩沥青掺量的混合料。模拟实际施工方法，将配制成的4种微表处混合料摊铺在相同的水泥混凝土试件载体上，待改性乳化沥青破乳后便开始测试初始条件下试件的重量和摆值，并安装试件。

2.2磨耗试验

选取的试验条件为：轮胎接地压力0.7 MPa，轮胎荷载225 kN，运行速度1 500 ms/r，温度控制30 ℃，总作用次数设置为70 000次，分别在标准轮胎作用次数达到5 000、10 000、30 000、50 000、70 000次时用摆式仪对各个试件在不同作用次数后的摆值(BPN)进行测量，以观察其抗滑性能的变化。同时，使用手工铺砂法测量试件表面的构造深度。通过这2种试验方法来评价不同岩沥青掺量和2%环氧树脂微表处混合料的抗滑性能[2]。

3试验结果与分析

3.1掺入岩沥青的改性乳化沥青技术指标评价

改性乳化沥青是微表处的良好粘结材料，其质量的好坏对封层质量的影响最直接、最明显。评价试验采用3种不同岩沥青掺量的改性乳化沥青。改性乳化沥青掺加岩沥青技术的性能试验结果如表7所示。

由表7数据可以看出，改性乳化沥青中掺入岩沥青可以降低其针入度，且随着岩沥青掺量的增大，改性乳化沥青针入度降低就越明显。

此外，掺入岩沥青的乳化沥青其延度也大幅降低，且远小于20，不符合JTG/T F40-02—2005《微表处和稀浆封层技术指南》对乳化沥青的延度要求，不能用于制作微表处混合料[8]。

表7　改性乳化沥青+岩沥青的沥青性能指标

3.2岩沥青和环氧树脂改性乳化沥青对微表处抗滑性能的影响

3.2.1微表处混合料摆值测量结果

对掺岩沥青和环氧树脂的改性乳化沥青微表处进行抗滑性能影响研究，并对微表处混合料的摆值(BPN)进行测量，统计值如图3所示。

图3　微表处混合料的摆值(BPN)统计

从图3可以清楚看出，试验初期所有微表处混合料抗滑性能迅速降到一定数值(10 000次轮胎作用)后便平缓下降。特别是加载到5 000次后，抗滑性能衰减速度特别快，但这个现象与添加岩沥青含量关系不大，因为当加载到10 000次后，随着轮胎作用次数增加，所有微表处混合料抗滑性能均表现出温和下降的趋势。从原材料性质看，掺岩沥青的改性乳化沥青其残留物的针入度越小，则其混合料抗滑性能就越好，由此可以判断微表处混合料中掺加岩沥青对其微表处摩擦系数的影响不大，即掺加岩沥青不能显著改善微表处混合料的抗滑性能。

混合料中掺加不同类型的外掺剂，其抗滑性能也有一定差别。通过对微表处混合料的摆值(BPN)进行测量统计，可以看出，采用环氧树脂的混合料其抗滑性损失均明显小于采用岩沥青乳的混合料。由此可知，采用环氧树脂改性剂的混合料其抗滑性能更强[9]。

3.2.2微表处混合料的构造深度测量结果

路面表面构造深度是评价路面抗滑性能的另一重要指标，本试验对对各种微表处混合料构造深度测试结果如图4所示。

图4　抗滑性能(构造深度)变化

由图4可以看出，从加载次数看，从0到5 000次加载过程中，微表处混合料构造深度显著下降，5 000次后构造深度趋于平稳，这个变化趋势与添加岩沥青和添加的岩沥青含量几乎无关。数据变化趋势表明，微表处材料在轮胎作用下首先发生压实、压密，该过程中对应于荷载作用次数小于5 000次构造深度发生变化，在混合料密度达到某一稳定值后，构造深度下降趋于平缓，而构造深度可反映掺加不同掺量乳化沥青和掺环氧树脂改性乳化沥青混合料之间的差异。随着轮胎作用次数增加，所有微表处混合料抗滑性能均表现出下降趋势，到达一定次数后就趋于稳定。由此可知，微表处混合料中掺加岩沥青与否对构造深度的影响不大，即掺加岩沥青和环氧树脂不能显著改善微表处混合料的抗滑性能。

3.3不同掺量岩沥青改性乳化沥青对微表处抗剥落性能的影响

试验过程中，微表处混合料受轮胎压力、摩擦力以及离心力3者的合力作用，会发生材料剥落。试验时，对各个试件在不同荷载作用次数后的质量损失进行了测量，以观察其抗剥落性能的变化。这种试验方法可评价不同改性沥青微表处混合料的抗剥落性能。本次试验测得的混合料质量损失率如图5所示。

图5　质量损失率

从图5可以看出，未掺加岩沥青的微表处混合料质量损失明显，掺加岩沥青的微表处混合料质量损失却大幅减少，且在加载50 000次后质量损失都不再增加，趋于一个定值，表明掺加岩沥青的微表处混合料试验中抗剥落性能有所提高。分析图5中的数据还可以看出，岩沥青掺量为2%左右的微表处混合料其抗剥落性能最佳，且掺加环氧树脂的改性乳化沥青微表处混合料在试验过程中其剥落质量最大；而未掺加和掺加4%的岩沥青改性乳化沥青微表处混合料其剥落质量相对较小。对于抗剥落性能来说，掺加越软的沥青则混合料抗剥落性能就较好。这是由于越硬的沥青其剪切刚度(模量)就越大，对应的剪应力也就越大，在相同荷载作用下，其更容易产生剪切破坏并剥落。

4试验结论

通过上述分析得出以下结论。

1) 掺入岩沥青可以降低乳化沥青的针入度，且岩沥青外掺量越大，改性乳化沥青针入度降低就越明显。

2) 岩沥青掺量为2%左右的微表处混合料其抗剥落性能最佳，而掺环氧树脂的改性乳化沥青微表处混合料在试验过程中其剥落质量最大。

3) 微表处材料在10 000次轮胎作用下且混合料密度达到某一稳定值后，摆值(BPN)与构造深度的下降趋于平缓，用掺加岩沥青或掺加环氧树脂的乳化沥青制备的微表处混合料其摆值有明显改善，由此可知，掺加入岩沥青对微表处混合料的抗滑性能有明显影响[10]。

参 考 文 献

[1]彭煜，蔺习雄，杨克红，等.微表处混合料可拌和时间的影响因素分析[J].石油沥青，2007(3)：14-18.

[2]居浩，黄晓明.微表处混合料性能影响因素研究[J].公路，2007(7)：212-218.

[3]陈俊，彭彬，黄晓明.微表处路面使用状况调查与分析[J].公路交通科技，2007，24(12)：34-37.

[4]李荫国，卢长虹.微表处用改性乳化沥青的研究及应用[J].石油沥青，2006，20(3)：28-31.

[5]张争奇，陶晶.微表处技术在高速公路沥青路面养护中的应用[J].中外公路，2006(3)：90-93.

[6]蔡旭，王端宜，张吉庆，等.微表处混合料室内加速加载试验[J].浙江大学学报(工学版)，2012(5)：791-797.

[7]吴敏，王端宜，雷超旭.沥青路面性能预测模型研究[J].广东公路交通，2009(1)：5-8.

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[9]王端宜，雷超旭．一种主驱动轮式路面材料加速加载测试方法及装置:中国，200910038827. 0[P].2009-09-16．

[10]雷超旭.路面表面功能加速加载系统研究[D].广州：华南理工大学，2010．

Experimental Research on Road Performance of Mixture at Micro Surface of Rock Asphalt Modified Asphalt

ZHANG Shuchun1, DAI Kao2

Abstract:Rock asphalt is a natural asphalt modifier with the characteristic of improving the road performance of asphalt mixture. With the "tire-driven acceleration loading test system of pavement functions" as the test platform, this paper carries out the indoor acceleration loading test for the mixture at micro-surfacing of modified emulsified asphalt with different contents of rock asphalt. By simulating the features of actual roads, the paper studies the change rules of skid resistance of the mixture at micro surface and quantitatively evaluates the influences of the contents of rock asphalt on its road performance. The results of research are significantly important for promoting application and development of micro surface technologies.

Keywords:rock asphalt; modified emulsified asphalt; micro surface; acceleration loading test; road performance

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.011

基金项目：国家自然科学基金项目(51278203)

收稿日期：2016-01-15

作者简介：张树春(1987-)，男，江西省赣州市人，硕士，助工。

文章编号：1009-6477(2016)03-0043-05中图分类号：U416.217

文献标识码：A