沥青与沥青混合料自愈合特性研究

2020-09-05许建斌安徽交通职业技术学院土木工程系安徽合肥230051

安徽建筑 2020年9期

许建斌（安徽交通职业技术学院土木工程系，安徽合肥 230051）

1 引言

目前，沥青路面已经成为路面工程中的主要路面类型，然而在沥青路面使用过程中，经历环境与荷载的重复作用，不可避免地会产生疲劳破坏[1-2]，为了防止沥青混合料的疲劳破坏，专家学者们从不同方面展开了系列研究，并取得了重要成果[3-4]。现在，大量验证了沥青具有自愈合特性的研究成果[5-7]，为沥青混合料疲劳寿命的延长，提供了新的思路和方向。沥青的自愈合现象可以描述为其性能在遭受外部荷载作用后产生的衰减，在经历一定间歇时间（愈合时间）过程中会逐渐恢复。国内外研究人员开展了大量针对沥青自愈合的研究，孙大权开展了沥青胶浆[8]自愈合特性、改性剂[9]对沥青自愈合影响的研究，并验证了毛细扩散理论的适用性。陈柳晓[10]、罗蓉[11-12]等人对沥青自愈合效果的评价指标进行了系统讨论，并给出了新的评价方法。由于沥青的自愈合所需的间歇时间远大于沥青路面在实际运营过程的车辆荷载，为解决该项难题研究人员提出了微胶囊[13]和诱导加热[14]两种沥青自愈合增强技术，并取得了重要进展。本文的主要目的是通过沥青与沥青混合料两个尺度，研究不同沥青的自愈合特性，采用基质沥青以及SBS改性沥青。基于DSR时间扫描以及四点弯曲疲劳试验，研究沥青与混合料的自愈合特性，以期为自愈合的研究与应用提供参考。

2 实验材料及方法

2.1 沥青

本文实验过程中采用了两种沥青，分别为90#基质沥青与SBS改性沥青，两种沥青的技术性质如表1所示。

两种沥青的技术性质表1

2.2 混合料组成及级配设计

分别利用上述两种沥青成型AC-13沥青混合料，混合料中粗细集料采用石灰岩，填料采用石灰岩矿粉。混合料的材料组成设计借鉴《公路沥青路面施工技术规范》，其级配组成如表2所示。

AC-13的级配组成表2

2.3 实验方案

本文主要目的是对比研究基质沥青与SBS改性沥青及其对应的沥青混合料自愈合特性。因此研究从沥青与混合料两个方面入手，首先利用DSR设备基于疲劳－愈合－疲劳实验（时间扫描模式）研究沥青与SBS改性沥青的自愈合特性，然后成型两种沥青对应的沥青混合料，并基于四点弯曲疲劳实验研究沥青混合料的自愈合特性。

图1 沥青自愈合前后复数模量变化趋势

沥青混合料的自愈合实验基于四点弯曲疲劳试验（T 0739-2011）疲劳—愈合—疲劳程序进行，本文以疲劳寿命恢复率作为表征混合料的自愈合性能。疲劳实验温度为15℃，愈合温度与沥青愈合实验保持一致设置为30℃，采用应变控制模式。

3 结果与讨论

3.1 沥青自愈合特性分析

不同损伤程度的沥青自愈合指数计算结果如图2所示。

图2 两种沥青自愈合指数对比

根据图2可知，在任何损伤程度下，SBS改性沥青的自愈合指数均高于90#基质沥青，由此说明了SBS改性沥青的自愈合性能优于基质沥青。值得注意的是，SBS改性沥青与基质沥青的愈合指数之差，随损伤度的增大而逐渐减小，即说明SBS改性沥青相对于基质沥青的自愈合优势，随损伤程度的增加而减小，所以损伤度的增加会消减沥青之间的愈合差距。另外，两种沥青的愈合指数均随损伤度增加而减小，并且在较低损伤度变化区间其愈合指数降低较快，说明了沥青的早期损伤对沥青自愈合的影响更为明显，也说明了沥青损伤越厉害越难以恢复。综上所述，在实际路面中应尽可能使用具有较强自愈合能力的沥青材料，并促使沥青在疲劳破坏初期开始愈合。

3.2 沥青混合料自愈合特性分析

沥青混合料的疲劳－愈合－疲劳试验结果如表3所示。

根据表3实验结果，SBS沥青混合料的自愈合能力明显强于基质沥青，相同条件下SBS改性沥青混合料的疲劳寿命恢复率比基质沥青混合料高出9.6%且其劲度恢复率高出近10%，该实验结果与3.1节沥青自愈合性能相一致，即SBS沥青具有更好的自愈合特性。对比劲度恢复率与疲劳寿命恢复率可知，对于同一种材料前者要高于后者，这说明了采用不同的自愈合评价指标表征沥青混合料的自愈合特性时存在差异。

由上述实验结果可知，SBS改性沥青及其混合料的自愈合特性，高于基质沥青及其对应的混合料，根据汤文[15]等人研究结果可知，SBS改性沥青中各成分之间的交联作用，由于SBS分子链的存在而得到增强，提高了材料的抗疲劳及抗损伤能力，进而在相同的实验条件下裂缝宽度小于基质沥青，因此其自愈合性能优于基质沥青。