公路路面上面层沥青混合料路用性能分析

2022-11-29郭承梁

交通世界 2022年29期

郭承梁

（河北衡通工程项目管理有限公司，河北衡水 053099）

0 引言

橡胶沥青利用废旧轮胎胶粉作为原材料，不仅减少了废旧轮胎对环境的影响，而且使资源循环利用。橡胶沥青材料同时也可改善沥青路面的使用性能[1]。目前重载交通下沥青路面的上面层常用的混合料有细粒式改性沥青混凝土AC系列、改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA系列等[2]。为提高资源循环利用率，在公路建设中推广橡胶沥青，需要对不同掺量的混合料路用性能进行对比分析，研究适合工程项目的沥青混合料，提高公路路面上面层的综合性能。

1 工程概况

某公路全长23.52km，常年有大车、重车通过，属于重载交通，考虑公路沿线夏季炎热、冬季寒冷的气候特点，结合公路全寿命周期理念，以建设高品质公路为目标，对路面材料提出了更高的要求。

2 生产配合比

一般沥青混合料中的基质沥青选用70#A级沥青；将SBS改性剂与70#A级基质沥青按比例制作成SBS改性沥青（SBS含量为3.5%）；橡胶粉与SBS改性沥青按比例制作成SBS橡胶复合改性沥青（橡胶粉含量为20%）。选取5种沥青混合料上面层，根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017）的技术要求进行配合比设计，对5种沥青混合料分别进行高温稳定性试验、低温弯曲试验、水稳定性试验、抗渗性试验及表面抗滑性试验等路用性能试验[3]。

为方便分类测试，对5种沥青混合料进行统一编号，见表1。5种沥青混合料上面层分别为：A——细粒式改性橡胶沥青混合料；B——SBS改性SMA-13混合料；C——SBS改性沥青AC-13混合料；D——掺加PR改性剂的SBS橡胶复合改性沥青混合料；E——掺加木质素纤维的SBS复合改性沥青混合料。沥青混合料A、B、C主要是对比橡胶沥青混合料和常见的普通沥青混合料；沥青混合料D、E主要是对比未添加改性剂的橡胶沥青混合料。沥青混合料D中PR改性剂含量为0.2%；沥青混合料E中木质素纤维含量为0.3%。沥青混合料生产配合比见表2。

表1 沥青混合料编号一览表

表2 （续）

表2 沥青混合料生产配合比

3 沥青混合料性能试验

3.1 高温稳定性试验

动稳定度是衡量沥青混合料高温稳定性的重要指标。动稳定度越大，说明沥青混合料的高温抗车辙能力越强，高温稳定性越好[4]。根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017），动稳定度指标是由车辙试验获得。对最佳油石比下成型的5种沥青混合料试件进行车辙试验，得到的动稳定度结果如图1所示。

图1 动稳定度试验结果

从图1可以看出，5种沥青混合料动稳定度都满足规范要求，即大于3 000次/mm。5种沥青混合料的动稳定度从大到小排序为D＞A＞E＞B＞C，即：掺加PR改性剂的SBS复合改性沥青混合料的高温稳定性最好，这主要是由于掺加PR改性剂和将SBS复合改性沥青掺入到基质沥青后，发生了复杂的物理溶胀、化学改性反应，与外界的热量交换少，对温度变化不敏感。因此掺加PR改性剂的SBS复合改性沥青混合料的高温稳定性最好。

3.2 低温弯曲试验

沥青混合料的低温性能主要通过低温弯曲试验来检验，破坏弯曲应变值越大，表明低温性能越好，抵抗低温变形及松弛能力就越强[5]。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的低温弯曲试验规定，将5种沥青混合料制成250mm×30mm×35mm的标准弯曲梁试件，在-10℃温度下，测定试件的破坏应变。弯曲应变试验结果如图2所示。

图2 弯曲应变试验结果

由图2可知，5种沥青混合料的弯曲应变值都满足规范要求（大于2 500uε），其弯曲应变值从大到小排序为D＞A＞B＞C＞E，说明：掺加PR改性剂的SBS复合改性沥青混合料的低温抗裂性最好；SBS改性橡胶沥青混合料的低温性能略优于SBS改性SMA-13沥青混合料B，且两者的低温稳定性都比一般的SBS改性沥青AC-13要好，这是由于橡胶粉和SBS改性沥青溶剂具有良好的界面相容性，橡胶粉独特的化学交联网络结构和SBS物理交联网络结构的互相协同和补充，极大地改善了改性沥青混合料的低温性能；掺加木质素纤维的SBS复合改性沥青混合料的低温性能表现最差，说明在寒冬地区不宜掺加木质素纤维。

3.3 水稳定性试验

水毁会造成路面寿命缩短，因此水稳定性对于沥青路面而言至关重要[6]。沥青混合料的水稳定性主要是通过浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验获得。对5种沥青混合料分别进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，通过浸水马歇尔试验得到的残留稳定度如图3所示，通过冻融劈裂试验得到的冻融劈裂强度比如图4所示。

图3 残留稳定度试验结果

图4 冻融劈裂强度比试验结果

从图3、图4可以看出，5种沥青混合料的水稳定性都比较好，残留稳定度和冻融劈裂强度比都满足规范要求。残留稳定度从大到小排序为E＞D＞A＞B＞C，说明掺加木质素纤维的SBS复合改性沥青混合料的残留稳定度最高，且5种混合料的残留稳定度都在90%以上。冻融劈裂强度比排序从大到小为D＞A＞E＞B＞C，说明掺加PR改性剂的SBS复合改性沥青混合料的冻融劈裂强度比最大，且比SBS改性橡胶沥青混合料大很多，这主要是由于PR的掺加大幅提高了沥青混合料的水稳定性，增强了其抗水毁能力。

3.4 渗水试验

对试件进行室内渗水试验[7]，结果如图5所示。

图5 渗水系数试验结果

从图5可以看出，5种沥青混合料的渗水系数都满足规范要求，橡胶沥青作为基质沥青，渗水系数要比普通的基质沥青低。渗水系数从大到小排序为B＞C＞A＞E＞D，可见掺加PR改性剂的SBS复合改性沥青混合料具有很好的抗渗性。

3.5 构造深度试验

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），对5种沥青混合料进行沥青路面表面构造深度试验[8]，结果如图6所示。

图6 构造深度试验结果

从图6可以看出，5种沥青混合料的表面构造深度都满足规范要求，构造深度从大到小排序为A＞D＞E＞B＞C。可见SBS改性橡胶沥青混合料的构造深度比一般的沥青混合料构造深度更深，说明以橡胶沥青作为基质沥青的沥青混合料具有很好的抗滑性能；D、E混合料的构造深度也较深，主要是由于分别掺加PR和木质素纤维改性剂的SBS复合改性沥青混合料与普通沥青混合料相比，外掺加剂增强了沥青混合料的抗滑性能。