不同外掺剂对沥青混合料抗老化性能研究

廖荣华

（广东冠粤路桥有限公司,广东 广州 510000）

0 引言

目前，国内沥青路面占比已达到95%以上。由于其具有良好的耐热、低温、施工简便等诸多优势而被广泛应用。但由于运输能力的不断增加，以及气候变化等因素的影响，导致路面出现了严重的水蚀、塌陷、车辙等问题。这种损伤对道路的寿命和耐久性都有很大影响[1]。

目前，国内外已有许多研究成果，如在沥青混合料中加入高分子添加剂，可以改善道路的性能。聚合物类外加剂的类型很多，主要包括：高模量剂、抗车辙剂、高黏改性剂、SBS改性剂等。相关试验结果表明：高分子外掺料是一种高模量和耐高温性能优良的新型道路材料，它使沥青路面的动力模量、抗剪切、滑移性能得到显著改善，同时也使铺装厚度减小。可以说，不同的外加剂都可以在一定的范围内提高路面性能，而对于它的短期以及长时间的老化后的研究还很少见。因此该文以实际工程为例，在AC-13、SMA-13两种沥青混合料中掺入不同外加剂进行长时间的耐热及抗开裂试验，此试验结果可以为外掺剂的选用提供参考[2-3]。

1 工程概况

该文以广州某一高速公路沥青路面为例，施工的总里程为36 km，此沥青路面位于山区，常年受到恶劣天气的影响。其中施工原方案为采用AC-20I型SBS改性中粒式沥青混合料，为了提高此高速公路的抗老化性能，现将施工方案进行了改变，并通过室内试验进行验证，进而选择了较为合适的外加剂。

2 试验部分

2.1 原材料

沥青采用广东沥青科技有限公司生产的SBS改性沥青，对其进行试验检测，试验结果如表1所示。

表1 SBS改性沥青测试结果

由表1可知，SBS改性沥青的各项指标均满足国家标准，可以作为试验的原材料。

该试验所用纤维为广东天风公司生产的玄武岩短切纤维，纤维表面光滑、平直，其技术性能指标如表2所示。

表2 纤维性能指标

该试验选用三种外掺剂，分别为抗车辙剂、高模量剂、高黏改性剂，三种外掺剂主要由有机高分子聚合物组成，为黑色固态颗粒，其技术指标如表3所示。

表3 外掺剂技术指标

2.2 试验方案

该文结合实际工程，利用室内试验对不同老化程度的沥青混合料进行模拟测试，选取处于不同老化阶段（分为短期、长期老化）的混合料，采用单轴贯入试验测试高温性能，并得到相应的试验结果[4]。

3 试验结果及其分析

3.1 室内模拟老化试验方法

通常来说，一般沥青混合料老化的方法主要分为自然老化和模拟老化。自然老化主要是指在自然环境下的老化研究，主要研究内容为沥青混合料在受车辆载荷及自然环境作用下性能变化规律。根据资料显示，其试验效果基本与实际情况基本吻合，但是由于老化的周期过长，与此同时，在老化过程中需要控制的变量较大，难以进行对比实验。因此越来越多的学者为了加速老化，提出了多种室内模拟老化的试验方法，例如：短期老化方法有：延时搅拌法、烘箱加热等；长期老化的方法有：加压氧化法、紫外线处理法等。通过查阅资料并结合前期试验结果分析可得利用烘箱加热法进行短期老化，选用延时烘箱加热法进行长期老化试验方法是最便捷、精准的方法，该试验将利用以上两种试验方法进行[5]。

3.2 高温性能试验结果

3.2.1 外掺剂对新拌沥青混合料高温性能影响

对两种新拌沥青混合料进行单轴贯入试验，试验结果如表4及图1所示。

表4 新拌沥青混合料单轴贯入试验结果

图1 AC-13、SMA-13高温性能测试结果图

由表4及图1所示，将两种不同的沥青混合料进行贯入试验，可知相比于不掺外加剂的沥青混合料，掺不同外掺料的贯入强度均有所增加。其中掺抗车辙剂及高黏改性剂的贯入强度提高十分明显，这说明抗车辙剂及高黏改性剂的掺入能够明显提高两种沥青混合料的高温性能，增加沥青混合料的抗变形能力。

3.2.2 外掺剂对短期老化沥青混合料高温性能影响

对短期老化的两种沥青混合料进行试验，其结果如表5及图2所示。

由表5及图2所示，将两种不同的短期老化沥青混合料进行贯入试验，可知相比于不掺外加剂的沥青混合料，掺不同外掺剂的贯入强度均有所增加。说明抗车辙剂和高黏改性剂的掺入，可以明显改善其贯入强度，而且效果明显，但是纤维及高模量剂的掺入对短期老化沥青混合料的高温性能改善不明显。

图2 AC-13、SMA-13短期老化高温性能测试结果图

表5 短期老化沥青混合料单轴贯入试验结果

3.2.3 外掺剂对长期老化沥青混合料高温性能影响

对长期老化的两种沥青混合料进行试验，其结果图3所示。

由图3所示，将两种不同的长期老化沥青混合料进行贯入试验，可知相比于不掺外加剂的沥青混合料，掺不同外掺料的贯入强度均有所增加，由图可知，相较于短期老化的试验结果，可以发现纤维的掺入对长期老化的沥青混合料高温性能提高明显。

图3 AC-13、SMA-13长期老化高温性能测试结果图

3.3 抗裂性能试验结果

在实际的工程中，沥青混合料的使用会因为耐久性不够而造成各类裂缝的产生，例如：疲劳裂缝、温度裂缝等，该次抗裂性能测试选用IDEAL-CT试验，其试验结果如表6及图4、5所示。

图4 AC-13、SMA-13起裂功结果图

表6 沥青混合料抗裂性能试验结果

图5 AC-13、SMA-13CTindex结果图

由图4、5可知，在抗裂性能试验中，与不掺外加剂的相比，加入外加剂的沥青混合料的抗裂性能均有较大的提高。其中抗车辙剂对沥青混合料的起裂功影响最大，较普通的沥青混合料提高了39%，其说明抗车辙剂的掺入使其产生裂缝所需能量增加；在CTindex的试验中可以看出在AC-13沥青混合料中掺入抗车辙剂其抗裂性能提高最明显；而在SMA-13沥青混合料中掺入纤维其抗裂性能提高最明显。

4 结论

该文通过对不同外掺剂对沥青混合料抗老化性能影响进行研究，得到以下结论：

（1）外掺剂的掺入使沥青混合料的高温性能及抗裂性能均有所提高，但提高程度不尽相同。

（2）在老化过程中，不同的外掺剂对沥青混合料的影响不同，其中纤维对长期老化的沥青混合料的抗老性能提高比较明显。

（3）在抗裂性能研究中可知，掺入高模量剂、高黏改性剂的沥青混合料抗裂性能提高不明显，甚至较差。