【中交创联·交小哇】湖沥青改性沥青混合料路用性能研究

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摘 要

湖沥青(TLA)不能用作粘结材料直接用在沥青路面当中，这是因为湖沥青中沥青质的含量较高，且灰分等矿物质含量达到36%左右，但将湖沥青掺入到基质沥青当中能够较好的改善沥青混合料的路用性能。本文在70#基质沥青中依次掺入不同比例的SBS和TLA，分别对AC-13C型上面层和AC-20C型中面层沥青混合料进行矿料级配及最佳油石比的设计，研究不同级配沥青混合料的路用性能，主要包括高温稳定性能、水稳定性能以及低温抗开裂性能等，得到相关结论。通过试验得出:掺入一定比例的TLA能够改善沥青混合料的高温稳定性能、水稳定性能，低温抗开裂性能，最终确定湖沥青掺量为25%左右时，沥青混合料整体路用性能最优。

湖沥青 | SBS改性沥青 | 矿料级配 | 沥青混合料 | 路用性能

沥青的质量会严重影响沥青路面的使用年限和行车舒适性，随着交通量的日益增加，特别是重轴载车辆的增加，普通沥青路面在未达到使用年限之前就会出现大量的车辙、块状裂缝、松散等病害。为了确保沥青路面在使用年限内具有良好的行车舒适性，满足现代经济建设快速发展的需求，沥青混合料必须具备较好的物理及力学性能，主要表现在以下几个方面:(1)较好的高温抗车辙能力;沥青路面在高温及车辆荷载的共同作用下极易发生高温变形，良好的高温稳定性是预防沥青路面产生车辙病害的关键因素;(2)较好的低温抗开裂性能;季节性冰冻区，沥青路面在长时间冻融循环的环境下往往会出现由上至下的收缩裂缝;(3)较好的水稳定性能;沥青路面良好的耐久性能也是影响路面使用年限以及路用性能的重要因素。大量试验表明，TLA作为一种天然沥青，可以作为一种改性剂掺入到普通沥青混合料当中，能够有效的减缓沥青路面早期病害的形成，延长沥青路面的使用年限，降低后期运营的养护成本。湖沥青改性沥青混合料施工工艺简单，同时能够改善沥青路面的路用性能，主要表现在以下几个方面:与基质沥青具有良好的兼容性;增强沥青与集料间的粘附性;改善混合料的高温抗车辙能力、抗水毁能力以及低温抗开裂能力等。

原材料及配合比设计

矿料及沥青

本文粗集料选择玄武岩碎石，粒径分别为10~20mm、10~15mm、5~10mm、3~5mm;细集料为0~3mm石灰岩碎石;填料为石灰岩磨细矿粉。粗、细集料以及矿粉相关技术指标均满足规范要求。本文选用的基质沥青为70#石油沥青(AH-70#)，改性沥青为SBS I-D。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)的要求，对AH-70#、SBS I-D两种沥青进行相关性能的检测，试验结果均满足相关规范的要求，试验结果详见表1。

查阅国内外关于湖沥青相关技术指标的标准，本文对选用的湖沥青(TLA)参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中有关沥青相关指标的试验方法，开展了一系列性能指标检测，具体的试验结果详见表2。试验结果表明:湖沥青(TLA)相关指标满足规范要求，能够作为改性剂按照相关比例掺入到基质沥青中，达到改善沥青混合料路用性能的目的。

沥青混合料配合比设计

参照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的相关规定，密级配沥青混合料AC-13、AC-20C目标级配见表3。其中，AC-13C型混合料关键筛孔为2.36mm，集料通过关键筛孔百分率为36.7%，AC-20C型混合料关键筛孔4.75mm，集料通过关键筛孔百分率为40.6%。

本研究在AH-70#基质沥青中分别加入5%SBSI-D、25%TLA以及35%TLA对AC-13C、AC-20C沥青混合料进行配合比设计，AC-13C、AC-20C沥青混合料最佳油石比和马歇尔试验结果分别见表4、表5。

沥青混合料路用性能研究

高温稳定性

沥青混合料抗车辙能力随温度的升高而快速降低，在重轴载作用下沥青路面会产生推移、车辙等路面病害。在夏季高温环境下，路面结构层内部的温度往往会达到60℃以上，沥青路面在高温作用下稳定性会严重降低，在重轴载作用下路面会在短时间内出现失稳性车辙。用来评价沥青混合料高温稳定性的试验方法主要包括:动稳定度试验、马歇尔稳定度试验、高温剪切试验等。其中车辙板试验方法应用最多，且能够较好的模拟现场轴载作用下沥青路面车辙病害形成的动态过程。为了更好的评价高温环境时混合料的抗车辙能力，本文分别对沥青混合料展开60℃和70℃时的车辙板试验，AC-13C混合料在60℃和70℃时动稳定度试验结果详见图1，AC-20C混合料在60℃和70℃时动稳定度试验结果详见图2。

由图1、图2可以得出:与普通沥青混合料相比，改性后沥青混合料动稳定度均有很大幅度的提高;较掺入5%SBS改性沥青的混合料，60℃和70℃时掺TLA的混合料的动稳定度均有一定程度的提高，其中掺25%TLA与掺5%SBS改善效果相当，而掺35%TLA要比前两者提高更多，表明掺35%TLA的改性沥青混合料具有更好的高温抗车辙能力。

水稳定性

沥青混合料水稳定性是评价沥青路面抗水毁能力的重要指标，影响沥青路面水损害的原因主要包括:原材料质量、混和料的级配类型、施工工艺、路面结构层组成等。本文选用的AC-13C和AC-20C级配类型为悬浮密实结构，孔隙率较小。但将TLA作为改性剂掺入到基质沥青中时，使沥青混合料的孔隙率变大，抗水毁能力降低。本研究选用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对AC-13C、AC-20C沥青混合料展开研究，两种沥青混合料浸水马歇尔及残留稳定度试验结果分别见图3、图4、图5、图6。

由图3、图4可以得出:改性后的AC-13C、AC-20C混合料残留稳定度都比普通沥青混合料有所改善;当TLA掺量为25%时，AC-13C、AC-20C两种沥青混合料马歇尔残留稳定度均达到最优。由图5、图6可以得出:改性后的AC-13C、AC-20C混合料冻融劈裂残留强度比都比普通沥青混合料有所改善;掺25%TLA、35%TLA沥青混合料冻融劈裂残留强度比的改善效果优于掺5%SBS的混合料，这表明TLA在一定掺量时对基质沥青的改性效果优于SBS，能够更好的改善矿料与沥青之间的粘结能力，进而提高沥青混合料的抗水毁能力。

低温抗裂性

在我国北方季节性冰冻区，昼夜温差较大，沥青路面结构层往往受到冻融循环的作用，低温开裂形成的裂缝是一种常见的路面病害形式。这种病害类型，通过灌缝的方式能够减缓裂缝的进一步扩大，如果处理不及时，随着地表降水的渗入以及行车荷载的共同作用，路面结构强度降低，会进一步加速路面病害的恶化，最终形成龟裂、块状裂缝、坑槽等病害[11]。因此，提高沥青路面抗低温开裂能力显得尤为重要。本文选用小梁弯曲试验来评价混合料的低温抗开裂性能，两种沥青混合料小梁弯曲试验抗弯拉强度及最大弯拉应变试验结果对比分别见图7、图8。

由图7、图8可以得出:改性后AC-13C、AC-20C混合料的抗弯拉强度都比普通沥青混合料有所改善，且随TLA掺量的增多，抗弯拉强度也随之升高;掺5%SBS和掺25%TLA改性沥青混合料的最大弯拉应变较普通沥青混合料均得到了改善，但是当TLA掺量为35%时，最大弯拉应变较普通沥青混合料有所降低。

结论

针对3种改性沥青混合料，选用AC-13C、AC-20C级配，进行沥青混合料配合比设计和路用性能研究，评价改性剂的掺入对沥青混合料高温稳定性能、低温抗开裂性能、水稳定性能的影响，得出以下结论：

(1)与普通沥青混合料相比，改性后沥青混合料动稳定度均有很大幅度的提高，且掺35%TLA沥青混合料的抗车辙能力改善效果最优。

(2)改性后的AC-13C、AC-20C混合料残留稳定度、冻融劈裂残留强度比都比普通沥青混合料有所改善;且掺25%TLA沥青混合料的抗水毁能力改善效果最优。

(3)TLA对于改善混合料的高温性能具有良好的效果，同时能够提高混合料的抗水毁能力，通过控制TLA的掺量，也可以增强混合料的低温抗开裂能力;因此，TLA掺量控制在25%左右时，能够确保沥青混合料整体路用性能得到较好的改善。

素材来源：公路建养

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