用弯曲系数评价天然岩沥青改性沥青混合料低温性能

蒋 佳 宏

(湖南省高速百通建设投资有限公司，湖南 长沙 410005)

沥青路面的低温病害问题，在我国北方地区较为普遍的存在，这一问题将造成沥青路面使用寿命和使用质量下降。道路工作者为了改善沥青混合料低温性能，进行了多方面的研究，从高分子材料到天然材料等各方面进行了尝试，其中SBS改性沥青在兼顾沥青混合料高温、水稳定和疲劳等性能的同时，也具有优异的低温抗裂性，在当今道路工程中得到了大量的应用。但是SBS改性剂存在制备过程能耗高、不环保、存储运输不方便和价格高等缺点。天然岩沥青在道路工程中也有大量应用，但是现阶段对沥青混合料低温抗裂性的评价指标比较单一，特别是对天然岩沥青改性沥青混合料的低温抗裂性评价，现有沥青混合料低温抗裂性评价方法主要是针对传统的基质沥青和高分子改性沥青建立的，室内天然岩沥青改性沥青混合料抗裂性的评价结果与现场天然岩沥青改性沥青路面实际使用情况存在较大的出入，反映在我国北方地区天然岩沥青改性沥青路面低温抗裂性要好于室内试验测试的结果。对于沥青混合料低温抗裂性的评价，常见的有弯拉强度法、弯拉破坏应变法、劲度模量法和应变能密度函数法[1-3]。

本文通过对上述方法的综合和分析，提出了采用弯曲系数指标来评价天然岩沥青改性沥青混合料低温抗裂性的合理性与可行性。

1 沥青路面低温破坏机理

沥青混合料的低温性能主要由材料的变形能力、极限抗拉强度和温度线收缩系数等因素决定。引起沥青混合料低温破坏的机制是：温度急剧下降造成的横向裂缝、温度疲劳裂缝、反射裂缝、冻缩裂缝等破坏形式。

目前业界认为沥青混合料有三种破坏形式，如图1所示，即曲线A的脆性破坏，曲线C的柔性破坏，介于曲线A,C之间的曲线B转变区域破坏。温度是引起曲线B型破坏的主要因素，B型破坏是一种介于柔性破坏与脆性破坏之间的破坏形式[4]。

其中，σij为应力分量;εij为应变分量;Su为弯曲系数;dw/dv为弯曲耗散能密度函数，kJ/m3；RB为试件破坏时的抗弯拉强度,MPa;εB为试件破坏时的最大弯拉应变,με。

2 原材料性能

2.1 沥青

研究用沥青为A级70号沥青，SBS改性沥青，试验采用的天然岩沥青为印尼布敦岩沥青。其技术指标均符合相关规范。

2.2 集料

本实验采用的集料为石灰岩及石灰岩矿粉，依据相关规范标准进行了相关试验，矿料筛分结果见表1。

表1 矿料筛分结果

2.3 级配类型

采用马歇尔试验方法，分别确定AC-16C基质沥青混合料、AC-16布敦岩沥青改性沥青混合料、AC-16C SBS改性沥青混合料的最佳沥青用量，其结果分别见表2～表4。

表2 AC-16C基质沥青混合料4.4%最佳沥青用量设计结果

表3 AC-16C岩沥青改性沥青混合料4.4%最佳沥青用量设计结果

表4 AC-16C SBS改性沥青混合料5.2%最佳沥青用量设计结果

3 试验结果及分析

3.1 试验方法

目前国内主要采用低温弯曲梁破坏试验评价混合料低温抗裂性能[6]，本试验运用此方法对三种沥青混合料的低温抗裂性进行评价，试件采用轮碾成型并切割成为250 mm×30 mm×35 mm梁体，在-10 ℃、加载频率为50 mm/min条件下利用万能试验机(MTS)进行三种沥青混合料低温抗裂性能试验。

3.2 不同沥青混合料低温弯曲试验结果

通过对上文中三种沥青混合料进行低温弯曲试验，得到结果如表5所示。

表5 -10 ℃弯曲试验结果

由表5可知，从RB,εB,SB和dw/dv分别对三种沥青混合料进行低温性能评价时出现了互相矛盾的结论。主要是由于RB,εB是沥青路面结构的技术参数，但是在评价沥青混合料低温性能时仅采用这两个参数，不能真实地表征沥青混合料低温性能和低温破坏形式；传统的评价参数主要是对基质沥青混合料和高分子改性沥青混合料；对天然岩沥青改性沥青混合料低温性能的评价，尚未有一致认可的方法。于是有学者引入了弯曲应变能密度函数值这一综合指标进行沥青混合料低温性能的评价，它较为合理地表征了沥青混合料的低温性能，但它不能反映沥青混合料的破坏形式，也不能反映材料在路面实际应用的效果，因此引入Su这一指标，它综合考虑了dw/dv,RB和εB三个指标，更加综合科学的表征了沥青混合料的低温性能，也更加直观地反映布敦岩沥青改性沥青混合料在低温时的破坏形式。

从弯曲系数可以看出三种沥青混合料弯曲系数变化规律为：AC-16C SBS改性沥青混合料>AC-16C布敦岩沥青改性沥青混合料>AC-16C基质沥青混合料，由此可知，布敦岩沥青提升了沥青混合料低温破坏时的能量耗费，使沥青混合料的低温开裂破坏变得“困难”，进而提高了沥青混合料的低温抗裂性能。

4 结语

1)目前，评价沥青混合料低温性能的众多，但大都是适用于传统的基质沥青和高分子改性沥青，对于天然岩沥青改性沥青低温性能的评价是否合适，仍存在争议，本研究引入弯曲系数Su，综合考虑了应变能密度函数值dw/dv、抗弯拉强度RB和最大弯拉应变εB三个参数之间的关系和弯曲破坏曲线的特性，既可更加科学直观的判断天然岩沥青改性沥青混合料的低温性能，又可判断其低温破坏的曲线形式。

2)从弯曲系数方面分析，三种沥青混合料低温性能规律为AC-16C SBS改性沥青混合料>AC-16C布敦岩沥青改性沥青混合料>AC-16C基质沥青混合料，因此天然岩沥青可以改善沥青混合料的低温抗裂性能。