AC-13型SBS改性沥青混合料性能试验及应用研究

2022-06-18王俊青

北方交通 2022年6期

王俊青

(山西省文水公路管理段吕梁市 032100)

0 引言

为了适应我国道路运输重载大、交通量大的特点，同时减少路面早期病害的发生，我国在道路建设中较大范围地采用了改性沥青，而SBS改性沥青即是其中最典型的代表。

国外自上世纪80年代中期开始逐渐采用SBS作为主要沥青改性剂，国外研究发现SBS改性剂的掺入可以将沥青混合料抗车辙性能提高近10倍，同时显著增强混合料的抗裂能力，可达4倍[1-3]。我国对SBS改性剂的研究起步较晚，但短时间内取得了较为广泛的成果，黄卫东等[4]基于微端角度全面细致地解读了SBS改性沥青的内部结构特点。目前，SBS改性沥青已在我国各重要公路上广泛应用，但国内对于SBS改性剂的掺量研究较少，其掺量多采用经验法确定，缺乏系统的试验与应用支撑。

研究了SBS改性沥青AC-13型沥青混合料的相关性能，并在实际工程中检验了其应用效果。

1 室内试验

1.1 试验材料

(1)沥青：采用齐鲁石化生产的基质沥青(东海牌70A)，参照规范[5]进行检测，如表1。

表1 基质沥青检测结果

(2)集料：材料同工地现场，参照规范[5]进行检测，如表2。所用粗集料为石灰岩，细集料为石屑，矿粉为研磨后的石灰石矿粉。

表2 碎石集料的性能检测结果

1.2 SBS改性沥青的制备

选用FLUKO高速剪切机，制备步骤如下：首先将基质沥青加热至160℃，接着分别将不同掺量的SBS加入基质沥青中，掺量分别取3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%。然后设定剪切机的转速与剪切时间分别为5000r/min、45min，对改性沥青进行剪切，使得SBS颗粒在沥青中分散均匀，最后将改性沥青转至180℃恒温烘箱中发育2h。

1.3 改性沥青混合料配合比设计

(1)矿料级配

采用AC-13型矿料级配，级配设计见表3。

表3 混合料级配组成(AC-13)

(2)油石比设计

采用马歇尔试验，首先预估选取4.5%作为油石比中值，并以0.5%的间隔增加4种油石比，根据设定油石比分别成型马歇尔试件，每组制备5个平行试样进行试验，如表4，参照规范[5]计算后取油石比的最佳值为4.9%。

表4 马歇尔试验结果

1.4 试验方案

参照相关规范标准[6]，分别制备不同SBS掺量下改性沥青混合料试件进行相关室内试验。

2 室内试验结果分析

2.1 高温稳定性

采用车辙试验进行检验，试验设备为LDCZ-8S 型全自动车辙试验机，试验温度60℃，轴载设定0.7MPa，加载速率42次/min。试验结果如表5、图1所示。

表5 车辙试验结果

图1 车辙试验结果

由图1可知，一方面，不同SBS掺量下的混合料动稳定度均大于2800次/mm，表明SBS改性沥青混合料高温稳定性能优异，根据相应规范[5]要求，可用于炎热地区。另一方面，动稳定度随着SBS掺量的增加而增加，相比于掺量3%，动稳定度在掺量为4.5%时，提高了56.1%。但当SBS掺量进一步加大为5%时，相比于掺量4.5%，混合料动稳定度仅提高了5.7%，因此，综合经济性考虑，SBS的最佳掺入量应取4.5%。

2.2 低温抗裂性能

采用小梁弯曲试验进行测定，结果见表6、图2。仪器为MTS-810型试验机，确定加载速率与温度分别为50mm/min、-10℃。

表6 小梁弯曲试验结果

图2 弯拉破坏应变与SBS掺入量的关系

由图2可知，混合料的破坏应变在4%SBS掺量时最大，达到了3070.2με，其次为4.5%，破坏应变为2988.4με，二者相差不大。但当SBS掺量超过4.5%后，试件破坏应变大幅度降低，这是因为掺量过高后，沥青混合料粘稠度相应增加，脆性随之加大，导致低温弹性降低。另外，当SBS掺量过低时，如掺量为3%时，试件的破坏应变较低，这是因为低掺量的SBS尚不足以使沥青混合料形成完整的网状结构，粘结力不够。

另外，从表6数据可以发现，不同掺量下SBS改性沥青混合料弯拉破坏应变均满足相应规范要求[5]，但破坏应变值均不是很大。这是因为高温稳定性与低温抗裂性能往往相互制约，性能检验时应针对改性目的进行，如以增强高温稳定性为目的，则低温性能按普通沥青混合料执行即可。

2.3 水稳定性能

测试SBS改性沥青混合料水稳定性时采用浸水马歇尔与冻融劈裂试验综合进行检测，其中浸水马歇尔试件分为两组，普通组60℃水浴养护0.5h，另一组60℃水浴养护48h，分别测定残留稳定度。冻融试验一组25℃水浴养护2h，水浴后测定劈裂时最大荷载。另一组先真空养护15min，接着浸水0.5h后放入-18℃冰箱中，在60℃水浴养护24h，最终转入25℃水中进行2h养护后测定劈裂时最大荷载，试验结果如表7所示。

表7 浸水马歇尔与冻融劈裂试验结果

由图3、图4可知，试件的劈裂强度比与残留稳定度均随着SBS掺量的增加而增加，但增加幅度有区别：增加幅度在SBS掺量小于4.5%时增加较快，掺量大于4.5%后增加幅度开始降低。这是因为SBS掺入后，有效增强了沥青与骨料之间的粘结力，抗剥落能力随之增大，因此混合料的水稳定性能有较大提高，但当掺入量达到一定程度时，过多的SBS改性剂会吸收沥青的油分使得起粘附作用的成分减少。因此，考虑到经济效益与混合料的水稳定性能，4.5%是较合理的掺量。

图3 劈裂强度比与SBS掺入量的关系

图4 残留稳定度与SBS掺入量的关系

3 工程应用

3.1 试验路段概况

某市沥青路面次差路段综合处治工程为路面养护工程，拟对路面局部强度不足或坑槽严重路段进行病害处治。病害处治后的沥青路面上面层采用SBS改性沥青混合料(AC-13型)。本次研究选定国道307线K618+255～K618+700段作为试验路段，现场施工所用沥青、SBS改性剂及矿料等材料均同室内试验，配合比设计参照室内试验，油石比取4.9%，SBS掺量取4.5%。试验路段铺筑过程中参照相关规范要求严格控制施工工艺与施工质量并及时做好试验检测。