改性彩色沥青与SBS改性沥青混合料性能探讨

王文利,张 涵

(1.黑龙江省公路科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080;2.中交第二航务局有限公司第五工程分公司,湖北 武汉 430000)

1 彩色沥青胶结料的要求

彩色沥青胶结料的选取也应依据工程地处的区域特征，结合前面的研究成果，采用我省的彩色沥青胶结料的具体要求按表1实行，此项要求满足且优于《彩色沥青混凝土》GB/T 32984-2016中的规定，适合我省高纬度、严寒地区使用。

2 混合料级配的选择

2.1 设计依据

根据国家交通部颁布的最新沥青路面相关标准、规范：《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004、《彩色沥青混凝土》GB/T32984-2016及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011进行本工程沥青混合料组成设计。

2.2 级配曲线设计原则

(1)以黑龙江省调整型AC-16级配范围为基础，满足我国现行AC-16型的级配范围；

(2)考虑美国Superpave的范围及限制区；

(3)满足符合依托工程设计级配范围；

(4)满足马歇尔试验的各项技术指标的要求；

(5)施工控制的波动性；

(6)彩色沥青路面外观密实、不透水，兼顾高温稳定性、低温稳定性、水稳定性等性能；

(7)便于摊铺(离析现象小)，碾压(不产生过大的推挤)；

(8)经济合理。

为了使级配曲线的设计合理，课题组进行多组调配，设计了上限、中线、下限的三条级配曲线，级配及级配曲线图见表2，图1。

图1 三种组配曲线图对比

3 配合比的确定

根据多次筛选对比，最终确定这三条级配曲线为研究曲线，进行混合料马歇尔试验，确定最佳的级配曲线与最佳沥青用量，此配合比为基础配合比，后续进行色粉用量的研究。

我们根据以往的实际施工经验和最近时期内该类型混合料的沥青用量，采用了预估最佳沥青用量的方法，做了沥青用量为4.8%的三种级配曲线的马歇尔试验，因其有代表性，可以将试验结果进行有效对比，所以可以用作选取最优级配曲线的方法。试验结果见表3。

表3 三种级配马歇尔试验结果

根据试验结果我们可以看出，采用中线级配的沥青混合料在密度、孔隙率、饱和度、稳定度、流值等各方面指标上均优于其他二种级配，所以我们选取了中线级配作为后续试验的最终级配。

根据马歇尔稳定度试验结果，绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度与油石比的关系曲线，根据最佳沥青用量计算，取用油石比为5.0%。换算成最佳沥青用量为4.8%。当采用最佳沥青用量为4.8%和级配曲线中线时，马歇尔稳定度各项试验数据均满足设计和规范要求，故本课题采用此配合比为基础配合比。

在基础配合比的基础上，课题组采用多种比例的色粉进行了试拌，根据试拌后的颜色，最终确定色粉的用量比例为2.2%，矿粉为3.5%，此时的颜色满足要求，最终配合比设计各种材料掺配比例见表3。采用此配合比进行马歇尔试验，其马歇尔实验结果见表4，满足《彩色沥青混凝土》GB/T32984-2016和《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004技术要求。

表4 AC-16彩色沥青混合料配合比

4 彩色沥青混合料技术性能的研究

4.1 彩色沥青高温稳定性研究

随着现代化交通量的不断增大，车辆行驶的渠化，沥青路面的车辙破坏越来越严重，它使路表过量变形，影响路面平整度，车辙是沥青路面最主要的破坏形式之一因此，研究彩色沥青的高温稳定性是有必要的。

本课题采用JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-2011沥青混合料试件制作方法(轮碾法)，根据马歇尔试验结果，制作沥青混合料轮辙试验试件，试件规格尺寸为300 mm×300 mm×50 mm。室温下放置48 h后进行车辙试验。试验结果如表5。

表5 二种试件车辙试验结果

图2 动稳定度数据对比

结合软化点试验结果与车辙试验研究对比：在均为改性沥青的条件下，彩色沥青混合料的动稳定度比SBS改性沥青混合料略低，两者动稳定度数值相差不大，彩色沥青混合料比SBS改性沥青低7.7%。

4.2 彩色沥青低温稳定性研究

沥青路面低温开裂是路面的主要病害之一，是各国道路界普遍关心的问题。它的产生不仅破坏了路面的连续性、整体性，而且通过裂缝水会不断进入面层的结构、基层甚至路基，在荷载的作用下产生水损害，导致路面承载力的下降，需要对彩色沥青混合料的低温抗裂性能进行研究。

沥青混合料的低温抗裂性能主要取决于混合料的强度和变形能力，抗裂性能高的混合料一定具有较高的强度和较大的变形能力。因此，课题组采用低温弯曲试验及应变来评价沥青混合料的低温抗裂性，用这两项指标来评价彩色沥青混合料的低温性能。

表6 两种混合料低温抗裂性能试验

图4 极限弯拉强度与弯曲劲度模量对比

通过低温抗裂性能研究，彩色沥青的弯拉应变与SBS改性沥青相比，①在弯拉强度方面，SBS改性沥青优于彩色沥青；②在破坏弯拉应变方面，两者基本一致；③弯曲劲度模量反映了材料的刚度，在某种意义上来说，采用该值可以表征在低温时，沥青混合料能够发生开裂损坏的难易程度。一般情况下劲度模量大的沥青路面在低温条件下抗变形能力低，脆性变大，易引起混合料的开裂破坏。从弯曲劲度模量来看，彩色沥青优于SBS改性沥青。

4.3 彩色沥青水稳定性能研究

水损害是沥青路面破坏的一种重要形式，是路面早期破坏的重要原因之一。它是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘附力，沥青膜从石料表面脱落剥离，沥青混合料掉粒、松散、继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。

本研究采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验两种方法来研究彩色沥青混合料的水稳定性能，同时与SBS改性沥青进行比较，试验数据见表7、表8。

表7 两种沥青混合料浸水马歇尔试验结果对比

表8 两种混合料冻融劈裂试验结果对比

通过水稳定性试验对比研究可知：(1)残留稳定度MS0彩色沥青比SBS改性沥青低1.9%；(2)冻融劈裂抗拉强度比TSR彩色沥青比SBS改性沥青低1.7%，总体评价为：SBS改性沥青水稳定性优于彩色沥青混合料。

通过对改性彩色沥青与SBS改性沥青的高温稳定性、低温稳定性能、水稳定性能的对比研究，在沥青用量一致的情况下，掺加一定用量的色粉代替矿粉后，其高温稳定性能、水稳定性能SBS改性沥青优于彩色沥青混合料；低温稳定性能中极限弯拉强度SBS改性沥青优于彩色沥青混合料，从弯曲劲度模量来看，彩色沥青优于SBS改性沥青。