温度差异对沥青混合料路用性能影响研究

李 锋 （海南路桥工程有限公司，海南 三亚 572000）

沥青混凝土路面材料的选用，不仅要满足其经济性、耐久性、舒适性，还要考虑其设计使用年限。国内南北气候差异较大，地区昼夜温度各有不同。为了应对各地区高温因素、雷雨天气、潮湿、风蚀环境，在选用沥青路面材料类型时，考虑影响因素不全会导致材料选用有所欠缺，从而倒使其沥青路面使用年限未达到设计使用要求便出现功能性损坏。国内许多学者在研究诸多条件因素对沥青材料的影响，高温对沥青材料的影响至关重要。因全球气候变暖，近年来我国某些地区出现了常年不遇的高温现象，甚至极个别地区出现极端罕见高温天气，在受其特殊温度的影响下，造成沥青路面原本的设计使用年限大大缩短，且导致了维护、修复成本的提高。

高温环境对沥青混合料带来的影响往往是不可逆的，在此环境下保持其性能稳定不变是一项艰巨的任务。因为沥青材料在高温环境下会发生性能上的改变，随之带来的影响是对外界各类环境因素的抵抗力大大降低，并在重荷载环境影响下，沥青混合料的形变问题极易产生，从而对使用中的沥青路面造成极大的功能性影响及破坏。

在我国南方地区，夏季时日照时间较长，导致地表温度极易升高，很多情况下地表温度已突破沥青路面材料临界温度，高温因素对沥青路面的影响研究便是至关重要的课题。为了延缓沥青路面各类型病害的发生，国内许多路桥施工专业技术人员开始对处于高温环境下的各类型沥青路面的性能变化进行研究。目前在高等级路面如高速公路、一级公路上使用的沥青类型可选性较多，不同类型的沥青有着它的优点，但也存在某些缺点。沥青材料类型的选择对道路工程的建设尤为重要，性能较好的沥青材料，能较好的提高道路的使用年限及舒适性，带来较高的工程经济性。本文目的在于研究在不同的温度环境下，SMA改性沥青混合料、道路石油沥青混合料（A级90#）及乳化沥青混合料3种不同类型的沥青混合料的高温性能指标，从而达到指导和推荐道路建设时选用性能优越的沥青混合料实例。

1 试验设计方案及沥青材料技术指标

1.1 试验设计方案

本试验设计方案为研究在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃6种不同温度环境下，SMA改性沥青混合料、道路石油沥青混合料（A级90#）及乳化沥青混合料3种不同类型的沥青混合料随着温度变化的性能指标，并以马歇尔稳定度、车辙稳定度试验[2]和黏性劲度模量作为其性能评价标准，通过该试验设计方案研究与分析在6种不同温度变化下对其沥青混合料的性能指标影响。30℃、40℃2种温度是模拟沥青路面在较为常规的温度下的性能变化，将这2种温度作为对比试验参照组，50℃、60℃2种温度是模拟沥青路面在7、8月份夏季平均温度较高环境下的性能指标，70℃、80℃2种温度是模拟沥青路面在极端罕见高温环境条件下的性能破坏指标大小。

根据相关的施工技术规范指标及现场工程经验，在本次试验设计方案中统一采用的沥青混合料油石比为4.5%。试验设计方案详见图1。

图1 试验设计流程图

1.2 沥青材料技术指标

①本次试验所统一采用的改性沥青（用于SMA沥青混合料）、道路石油沥青（A级90#）及乳化沥青的技术指标检验结果详见表1～表3。

改性沥青指标检测结果 表1

道路石油沥青（A级90#）指标检测结果 表2

从上述表1、表2、表3中可看出，其选用的3种沥青原料技术指标经检测均满足技术规范要求，综上，本试验所采用的沥青原料的研究结果有效性能够得到保证。

②本次研究试验所采用的沥青粗、细集料检测质量结果均满足技术规范要求，详见表4、表5。

粗集料质量检测结果 表4

细集料质量检测结果 表5

2 试验研究结果与性能分析

2.1 马歇尔稳定度试验

为研究上述3种不同类型沥青马歇尔试件在不同温度环境下的稳定度、流值，试验在马歇尔试件成型并稳定后，将其分别置入于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的电控恒温容器中存放48h，随后开始进行马歇尔稳定度及流值的检测。其稳定度、流值的检测试验结果详见图2、图3。

图2 马歇尔稳定度柱形分析图

图3 马歇尔流值柱形分析图

根据图2、图3内容可知，在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃ 6种不同温度环境下，SMA改性沥青混合料的马歇尔稳定度均满足技术规范要求≥8/kN，其流值变化速率并不明显，为2.5mm～4.5mm之间。试验发现，当温度≤60℃时，所测得乳化沥青混合料的马歇尔稳定度、流值均能够满足技术规范要求。但是当温度≥60℃时，其测得乳化沥青混合料流值[8]数据指标与SMA改性沥青混合料比较来看，增长频率较为明显，且其马歇尔稳定度均低于技术规范要求。温度为40℃～80℃时，测得道路石油沥青混合料（A级90#）处于2.5mm～4.5mm的正常流值区间，温度≥70℃后，检测出马歇尔稳定度＜8/kN。综上，参照技术规范指标中马歇尔稳定度以及马歇尔流值的规范值，得出SMA改性沥青混合料的稳定性较为出色，可适用于各阶段温度环境和极端高温环境；道路石油沥青混合料（A级90#）的高温稳定性次之；由于当温度≥60℃时，其测得流值指标为乳化沥青混合料增长最大，且马歇尔稳定度均低于技术规范要求，乳化沥青混合料作为路面材料不用在夏季温度高达50℃左右的地区。

2.2 车辙试验

本试验首先将SMA改性沥青混合料、道路石油沥青混合料（A级90#）及乳化沥青混合料3种不同类型的车辙试件做好成型后，将车辙试验仪器温度分别调至 30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃。30℃、40℃2种温度是模拟沥青路面在较为常规的温度下的路面吸热温度，50℃、60℃2种温度是模拟沥青路面在7、8月份夏季平均温度较高环境下的路面吸热温度，70℃、80℃2种温度是模拟沥青路面在极端罕见高温环境条件下路面吸热温度[7]。温度调节就绪后，分别检测在6种温度下，进行车辙试件的动稳定度分析和形变结果，其试验详见图4、图5。

图4 动稳定度柱形分析图

图5 车辙试验柱形分析图

根据图4、图5得知，SMA改性沥青混合料、道路石油沥青混合料（A级90#）进行车辙试验时其动稳定度指标在6种试验温度环境条件下均满足技术规范≥800次/mm的要求。试验测得，当乳化沥青混合料≥60℃，动稳定度超出规范数值，并且当试验温度升高至60℃～80℃时，乳化沥青混合料在高温条件下变形会随着温度攀升而愈发显著。根据车辙试验检测结果可知，SMA改性沥青混合料在高温环境下的性能较为优越[8]，比较适用于气温能达到50℃左右时的区域，其动稳定度指标及变形范围在此温度条件下均能够满足使用要求；测得道路石油沥青混合料（A级90#）在同等条件下试验性能指标劣于于SMA改性沥青混合料；高温环境不利于乳化沥青混合料使用，其动稳定度、变化较大的形变速率将使得其适用范围和条件均有所限制[8]。

2.3 单轴蠕变性能试验

在满足进行单轴蠕变性能试验的基础上，将SMA改性沥青混合料、道路石油沥青混合料（A级90#）及乳化沥青混合料3种不同类型的沥青混合料制成圆柱体，立即开展单轴蠕变指标检测试验。待所有沥青混合料进行单轴蠕变试件制作完成且稳定后，将试件置入30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的电控恒温容器中存放48h，待时间结束后立即取出试件进行性能测试。在不同温度条件下的黏性劲度模量的性能变化影响，试验检测结果详见图6、图7。

图6 黏性劲度模量折线图

图7 黏性劲度模量柱形对比图

根据图6、图7单轴蠕变试验得知，在高温环境条件下SMA改性沥青混合料的性能较为稳定，其黏性劲度模量指标数值较高，并且根据温度的升高测得其黏性劲度模量指标变化反而最小。由此可知，在单位压力作用下，SMA改性沥青混合料形变量最小。测得道路石油沥青混合料（A级90#）的单轴蠕变性能略低于SMA改性沥青混合料。测得乳化沥青混合料的黏性劲度模量指标最小，说明其在单位压力作用下形变量是3种沥青混合料中最大的。从图6中也可看出，在温度不断升高时，乳化沥青混合料黏性劲度模量指标的降低速率[8]为3种沥青混合料中最大。从本试验结果可知，SMA改性沥青混合料适用于夏季温度较高的区域，在选择SMA改性沥青混合料有困难的情况下可使用道路石油沥青混合料（A级90#）进行替代，但不建议在夏季高温地区使用乳化沥青混合料作为路面材料使用。根据试验所测得数据与分析结果，其单轴蠕变性能SMA改性沥青混合料为最优，道路石油沥青混合料（A级90#）次之，乳化沥青混合料较差。

3 结论

①根据上述3项试验可总结出，SMA改性沥青混合料性能指标检测结果为3组沥青混合料中最优，可作为在夏季高温地区和极端罕见高温环境条件下的推荐首选沥青路面材料。

②道路石油沥青混合料（A级90#）各项性能指标在3组沥青材料中劣于SMA改性沥青混合料，但优于乳化沥青混合料，在高温区域使用SMA改性沥青混合料[9]作为路面材料有困难时，可使用道路石油沥青混合料（A级90#）。

③乳化沥青在本次3项试验过程中，可得出其性能受高温环境条件影响较大，因此，不推荐在夏季高温地区作为沥青路面材料。

④综上，总结出其3种不同类型的沥青混合料在不同温度环境下受高温因素的影响中，乳化沥青混合料受高温因素影响较大，道路石油沥青混合料（A级90#）次之，SMA改性沥青混合料高温性能最好，可作为最优沥青路面材料投入路面工程建设使用。