适用高寒高海拔地区沥青混合料路用性能

李尔荣

摘 要：本次研究制备了两种改性沥青混合料，一种为橡胶粉，一种为SBS，通过与基质沥青混合料进行实验对比，制备适用于高寒高海拔地区沥青混合料时，一定要考虑到沥青混合料的抗裂性、水穩定性等优势，施工人员一定要结合实际需求选择适用性较强的沥青混合料。

关键词：高寒高海拔地区;沥青混合料;抗裂性能;水稳定性;路用性能

一般情况下，高寒高海拔地区其高原气候特征非常明显，由于此地区常年处于低气温状态，昼夜温差非常大，一些高寒高海拔地区极端温度甚至高达零下39℃，但是由于白天会受到较强的紫外线照射，因此对沥青混合料的使用性能也提出了更高的要求。近年来，施工人员常采用改性沥青混合料来提高沥青混合料的路用性能，目前比较常用的沥青混合料类型有橡胶粉改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料，下面就通过各种实验，对基质沥青混合料、两种改性沥青混合料的路用性能进行了详细的比较分析，从而选择出了较为合适的适用于高寒高海拔地区的沥青混合料。

1 原材料的选择

1.1 选择沥青

本次研究中选取了110号A级沥青作为基质沥青，由于制备SBS改性沥青的过程比较复杂，即便是在实验室条件下进行制备，所得到的沥青其质量也很难得到保障，为了保证本次实验结果的公平性及有效性，本次研究中所用的SBS改性沥青均为所购买的成品，此成品中基质沥青与本研究中所用的基质沥青相同。

1.2 确定最佳油石比

通过马歇尔实验进一步确定沥青混合料的最佳油石比，首先对最佳沥青最佳掺量进行计算，由于考虑到高寒高海拔地区的特殊性，结合相关标准规范中的要求，为了较好地满足此特殊地区对混合料性能的要求，我们适当的提高了混合料的沥青用量，经过实验最终确定各种沥青混合料的油石比，即基质沥青、橡胶粉改性沥青、SBS改性沥青分别为4.4%、5.0%和4.7%。

1.3 选择混合料级配

在沥青混合料密实度方面，AC型混合量较高，所以其低温抗裂性、耐久性以及水稳定性均比较好，但是其高性能方面并没有优势;SMA型混合料由于其抗水损坏性能和高温性能比较好，所以耐久性较强，但是7种混合料对矿料的级配、沥青用量等因素的敏感性非常强，制配工艺比较复杂，尤其离析程序难度比较高，因此在一些高寒高海拔地区此种类型的沥青混合料适用性比较低;OGFC混合料，由于混合料之间的嵌挤作用，使得其强度较优，水稳定性较好，但是在低温抗裂性能方面却非常低，实验人员在经过多次比较后最终选择了AC-13级配的混合料。混合料级配选择完成后，开始三种沥青混合料的制备。

1.4 确定实验方案

混合料制备完成后，首先进行了弯曲破坏实验，用每一种材料的沥青混合料制作6根小梁，以最大弯拉应变、劲度模量等为评价指标，对混合料的低温抗裂性能进行评价;然后采用马歇尔试验，以残留强度比、残留稳定度等为评价指标，对混合料的水稳定性进行评价;采用伺服疲劳机，以疲劳次数、荷载线性拟合的直线斜率、线性截距等为评价指标对混合料的抗疲劳性能进行评价;采用车辙实验，以动稳定度为评价指标，对混合料的高温稳定性进行评价。

2 沥青混合料路用性能分析

2.1 低温抗裂性能

本工程项目位于青海省，项目所处位置海拔为4 000 m～4 500 m，冬、夏季最低气温分别可达到零下30℃和0℃，可见此区域昼夜温差较大，对沥青混合料道路的耐久性造成了较大的影响。如果采用橡胶粉改性沥青混合料，经过相应的计算后发现最大弯拉微应变力可达5 250 με，此微拉应变力对应的劲度模量为2 450 MPa，采用同样的方式对SBS改性沥青混合料最大弯拉微应变进行计算后发现，其最大弯拉应变、劲度模量分别为3 980 με和3 360 MPa，在对基质沥青混合料最大弯拉微应变进行计算后发现，其最大弯拉应变、劲度模量分别为3 387 με和2 700 MPa。结合道路工程施工技术规范中的相关标准要求，对于一些利于高寒高海拔地区的道路工程，在使用改性沥青混合料时，一定要将沥青混合料的最大弯拉应变力控制在2 800 με及以上。因此，根据计算结果可发现，基质沥青混合料和其他两种改性沥青混合料的最大弯拉应变指标均符合高寒高海拔地区沥青混合料使用标准。以基质沥青混合料为基础，在最大弯拉应变方面，橡胶粉改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料分别增加了55.0%和17.5%，在对应的劲度模量方面，橡胶粉改性沥青混合料降低了9.26%，SBS改性沥青混合料增加了24.4%，对劲度模量进行分析后发现，如果处于低温环境下，沥青混合料的劲度越低，其低温抗裂性能越佳。本次研究结果发现，与基质沥青混合料相比较而言，橡胶粉改性沥青混合料和SBS沥青混合料，其低温抗裂性能均出现了不同程度的升高，并且橡胶粉改性沥青混合料的低温抗裂性能更优。

SBS改性沥青混合料其结构呈现为特殊的网状型，由改性剂与沥青共同形成的一个网状结构，此结构中具备了拉伸变形与压缩变形特征，这也在很大程度上提高了混合料的低温抗裂性能及高温抗变形性能。在橡胶粉改性沥青中，胶粉颗粒与沥青基体模量明显不同，并且在低温下，胶粉颗粒与沥青基体模量互不相容，当基质沥青达到极限应变时，胶粉颗粒就会发生应力集中现象，从而在橡胶粉沥青混合料中会产生大量的银纹和剪切带，促进了能量的消耗。一些体积比较大的橡胶粒子较好的促进了银纹的生长，同时还有效的避免了银纹在生长过程中断裂情况的出现，进而延缓了破坏性裂纹的发生发展，有效的改善了沥青混合料的柔韧性。

2.2 水稳定性能

本工程项目所处区域过去的5年平均降水天气高达47%，年降水量高达550 mm左右，所以对沥青混合料的水稳定性进行评价是非常重要的。在残留强度比方面，与基质沥青混合料相比较而言，橡胶粉改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料分别降低3.8%和2.1%，而在残留稳定度方面，橡胶粉改性沥青混合料升高0.5%，而SBS改性沥青混合料降低1.9%，我国相应的规范标准当中要求湿润地区改性沥青混合料的残留强度比不得低于80%，残留稳定度不得低于85%，对此进行分析后发现，橡胶粉改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料残留强度比、残留稳定度均满足要求。但是由于高寒高海拔地区冻融循环比较频繁，采用冻融劈裂强度试验，其结果与高寒高海拔地区改性沥青混合料的路用性能需求更加符合。所以在综合各方面的因素后认为，与橡胶粉改性沥青混合料的水稳定性能相比较而言，SBS改性沥青混合料更佳。

2.3 抗疲劳性能

在抗疲劳性能测试方面，采用了小梁试验，通过拟合疲劳次数与荷载，结果发现，橡胶粉改性沥青混合料与基质沥青混合料的n值相差0.6，SBS改性沥青混合料只相差0.1，前者敏感程度变化更大。也提示，如果荷载作用相同，SBS改性沥青混合料所承受的破坏次数更多，其疲劳寿命更长。

2.4 高温稳定性能

在对三种沥青混合料进行车辙试验后发现，基质沥青混合料、橡胶粉改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的动稳定度分别为730次/mm、2 190次/mm和2 450次/mm，与基质沥青混合料相比较，橡胶粉改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的动稳定性分别提高了200%和235.6%，由此可见，两种改性沥青混合料高温性能改善效果均非常明显，得出SBS沥青混合料的高温稳定性能更佳。

3 结束语

总之，在高寒高海拔地区，与基质沥青混合料的路用性能相比较而言，改性沥青混合料更佳，并且橡胶粉改性沥青混合料最大弯拉应变力提升，劲度模量降低，尤其低温抗裂性能更优，SBS改性沥青混合料残留强度比、残留稳定度降低，尤其水稳定性更优，疲劳寿命更长。高寒高海拔地区温度较低，研究人员可以将一些高温指标作为选择合理沥青混合料种类的因素。

参考文献：

[1]马峰，刘健，傅珍，等.适用高寒高海拔地区沥青混合料路用性能[J].公路，2019，64（11）：1-6.

[2]周水文，窦晶，张蓉，等.高寒高海拔地区宽温域温拌改性沥青及混合料性能研究[J].石油沥青，2019，33（1）：9-14.