高模量沥青混合料路用性能研究.pdf

总656期2023年第26期（9月 中）收稿日期：2023-03-02作者简介：黄海（1979），男，河北张家口人，工程师，研究方向为道路桥梁工程。高模量沥青混合料路用性能研究黄海（张家口路缘公路工程有限责任公司，河北 张家口 076250）摘要：为降低沥青材料温度敏感性，避免在重交通、高温环境条件下沥青路面出现早期破坏等现象，选用Honeywell7686作为高模量剂，制备高模量改性沥青。采用AC-20C作为矿料级配，制备5组不同油石比（3.5%,4%,4.5%,5%,5.5%）的马歇尔试件测定最佳油石比，进行车辙试验、水稳定性试验以研究高模量沥青混合料的路用性能。研究结果表明：当最佳油石比为4.5%时，高模量沥青混合料具有较好的高温稳定性和水稳定性。另外，实际工程施工表明，HM改性沥青混合料效果显著。关键词：重载交通；高模量沥青混合料；级配；路用性能中图分类号：U414文献标识码：A0 引言随着交通量的迅速增长，部分沥青路面损坏越来越严重，而沥青路面材料和结构的合理选择对沥青路面长期耐久性具有重要意义。高模量沥青混合料通过在集料中添加高模量改性剂，可提高面层材料的高温抗变形能力、水稳定性和抗疲劳性能。为此，本文将采用Honeywell 7686作为高模量剂，设计5组马歇尔试验以确定最佳油石比，并对其路用性能进行研究。1 原材料性质及试验方法1.1 原材料1）沥青采用HM改性沥青，按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）的要求对沥青进行技术性质检测，结果见表1。表1 HM改性沥青技术指标试验检测结果试验项目针入度（25，100 s，5 s）/（0.1 mm）延度（15，5 cm/min）/cm软化点/针入度指数PI溶解度（%）密度25/（g/cm3）RTFOT后质量变化（%）针入度比（%）延度（15）/cm检测结果3581.22.1899.31.124-0.4277.6技术要求30602050099.0-1.01.06515试验方法T0604（针入度试验）T0605（延度试验）T0606（软化点试验）T0607（溶解度试验）T0603T0610（旋转薄膜加热试验）T0604（针入度试验）T0605（延度试验）2）集料粗细集料采用玄武岩，其具有较高的强度，表观洁净，粉尘含量及卵石含量较低，棱角性、针片状含量均满足规范要求1。3）高模量改性剂高模量剂能增强沥青混合料高温稳定性和抗疲劳性1。本文采用Honeywell 7686作为高模量剂，其技术指标要求见表2。表2 高模量改性剂技术指标要求密度/（g/cm3）0.881.12软化点/135150拉伸强度/MPa2530断裂延伸（%）812融伸指数/（g/mm）7101.2 级配设计本文选用Honeywell 7686作为高模量剂，制备高模量改性沥青（HM改性沥青）。对沥青混合料进行级配设计时，中面层采用AC-20C作为矿料级配2。设计高模量沥青混合料合成级配见表3，级配曲线见图1。表3 高模量改性沥青混合料级配筛孔尺寸/mm级配上限级配下限级配中值合成级配26.510010010010019100909594169074827913.2826272679.5705060574.75463239382.36362229271.18281622200.6221016110.31661180.15124860.0757354由图1可知，该试验采取高模量沥青混合料级配设计曲线在级配范围的上限和下限之间符合要求，且曲线变化趋势合理。32交通世界TRANSPOWORLD1.3 确定最佳油石比按照上述马歇尔试验配合比进行高模量HM改性沥青制备后，采用 5 组油石比进行试验，分别为 3.5%,4%,4.5%,5%,5.5%，通过对混合料试件双面击实75次得到成型的马歇尔试件，测试各试件的密度、空隙率、稳定度、流值等指标，并选择最佳沥青用量进行试验2。马歇尔试验检测结果见表4，油石比与6组指标关系见图2。表4 高模量改性沥青混合料马歇尔试验结果级配类型高模量改性沥青混合料油石比（%）3.54.04.55.05.5稳定度/kN28.2329.1228.0227.7727.95流值/（0.1 mm）2.232.682.782.873.40空隙率（%）7.396.584.722.742.01VMA（%）16.8116.7216.3515.9516.42VFA（%）54.7261.0370.5980.7887.68毛体积密度/(g/cm3)2.3812.3922.4412.4582.461计算理论密度/(g/cm3)2.5712.5602.5472.5312.509级配上限级配下限级配中值合成级配100806040200筛孔尺寸/mm0.075 0.15 0.30.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 1619 26.5级配图1 高模量改性沥青混合料级配设计油石比（%）3.54.04.55.05.5稳定度/kN29.229.028.828.628.428.228.027.827.6（a）油石比（%）3.54.04.55.05.5（c）油石比（%）3.54.04.55.05.5（d）油石比（%）3.54.04.55.05.5（e）8765432空隙率（%）16.816.616.416.216.015.8VMA（%）908580757065605550VFA（%）油石比（%）3.54.04.55.05.53.43.23.02.82.62.42.2流值/（0.1 mm）（b）图2（续）图2 高模量改性沥青混合料马歇尔稳定度试验结果33总656期2023年第26期（9月 中）由图 2 可知，稳定度随着油石比的增加而先增后降，流值、VFA和毛体积密度随着油石比的增加而上升，VMA随着油石比增加而先降后增，空隙率随油石比增加而降低，结合规范要求及工程经验，确定4.5%为最佳油石比。2 路用性能评价2.1 高温稳定性采用车辙试验测试其高温稳定性。首先制作尺寸为 300 mm300 mm50 mm 的标准试件，养护 48 d 后，在60 的恒温板上保温5 h，最后以0.7 MPa轮压施加在试件板上，得到试件变形量与试件的曲线关系，以最后15 min的变形量求得沥青的动稳定度DS2。动稳定度按照式（1）计算：DS=(t2-t1)Nd2-d1（1）式（1）中：DS为沥青混合料动稳定度，单位为次/mm；d1为对应时间t1的变形量，单位mm，通常取t1=45min；d2为对应时间t2的变形量，单位mm，通常取t2=60min；N为胶轮往返碾压速度，单位次/min，通常取42次/min。通过对HM改性沥青混合料进行室内车辙试验，测定高模量改性沥青混合料动稳定度DS，以判断其高温稳定性，试验结果见表5及图3。表5 HM改性沥青混合料车辙试验结果沥青混合料类型高模量改性沥青混合料混合料试件ABCDS为37 018次，变异系数为15%，相对变形为2.1%动稳定度/（次/mm）41 021.836 78633 245.2动稳定度平均值/（次/mm）37 018通过车辙试验测得高模量改性沥青混合料动稳定度值较大，为37 018次/mm；相对变形量为2.2%，表明试件在承受车轮加载后，产生的车辙轨迹较小，表明沥青混合料具有较好的高温稳定性和抗变形能力，故HM改性沥青混合料可用于重载交通路面。2.2 水稳定性采用沥青混合料冻融劈裂试验和浸水马歇尔稳定度试验评价混合料水稳定性。浸水马歇尔稳定度试验首先根据设计配合比制作试件并进行养护，按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）测试混合料浸入水时的马歇尔稳定度，试验结果见表6。冻融劈裂试验是指在规定条件下对试件进行冻融循环，测定混合料试件在水损害前后冻融劈裂强度比。按照比例制作混合料试件，在室温下静置24 h后脱模，放入40 烘箱中养生3 d2。经养生后进行试验，结果见表7。表6 浸水马歇尔稳定度试验结果沥青种类HM改性沥青试件类型马歇尔试件（浸水0.5 h）马歇尔试件（浸水48 h）稳定度/kN27.1226.3825.9625.6824.9225.24稳定度平均值/kN26.4825.28残留稳定度MS0（%）95.5表7 冻融劈裂试验结果沥青种类HM改性沥青试件类型未冻融试件冻融试件劈裂强度/MPa2.4642.6582.8682.4262.5122.389劈裂强度平均值/MPa2.6632.443冻融劈裂强度比（%）91.7油石比（%）3.54.04.55.05.5（f）2.462.442.422.402.38毛体积密度/（g/cm3）图2（续）车辙试验试件A试件B试件C平均值动稳定度/（次/mm）45 00040 00035 00030 00025 00020 00015 00010 0005 0000图3 HM改性沥青混合料车辙试验结果34交通世界TRANSPOWORLD由浸水马歇尔试验可得，HM改性沥青混合料残留稳定度为95.5%，马歇尔试件浸水前后稳定度变化值较小；由冻融劈裂试验得到，HM改性沥青混合料冻融劈裂 强 度 比 为 91.7%，冻 融 前 后 试 件 劈 裂 强 度 较 少0.22MPa，以上均表明HM改性沥青混合料具有较好的水稳定性，可用于复杂交通环境的路面。3 工程应用实验表明，采用HM改性沥青制备的高模量沥青混合料具有较好的路用性能，且适用于复杂环境路面。某高速公路工程要求在K20+150K25+000全幅铺筑高模量改性沥青混合料上面层，对现场路面进行性能检测，结果见表8。表8 高模量沥青路面检测结果沥青种类HM改性沥青混合料摩擦系数（%）56.88平整度/mm0.46构造深度/mm0.96渗水系数/（mL/min）28.2检测结果表明，高模量沥青路面的摩擦系数、平整度和渗水系数均较好，构造深度较大，有利于提高路面高温稳定性和排水抗滑性能，适用于重载交通路面3。4 结束语本文采用Honeywell7686作为高模量剂，制备了高模量改性沥青（HM改性沥青）4。对沥青混合料进行级配设计时，中面层采用AC-20C作为矿料级配，设计高模量沥青混合料合成级配符合要求。采用5组不同油石比进行马歇尔稳定度试验，得到6 组指标与油石比的关系，最终确定最佳油石比为4.5%。通过车辙试验测得高模量改性沥青混合料动稳定度为37 018次/mm，表明沥青混合料具有较好的高温稳定性，故HM改性沥青混合料可用于重载交通路面。通过浸水马歇尔试验可得HM改性沥青混合料残留稳定度为95.5%；通过冻融劈裂试验可得HM改性沥青混合料冻融劈裂强度比为91.7%，表明HM改性沥青混合料具有较好的水稳定性。参考文献：1 王永斌，税欢，严红.高模量重载交通沥青混合料路用性能试验研究J.路基工程，2021（1）：74-78.2 敖清文.高模量沥青混合料路用性能研究D.长沙：长沙理工大学，2009.3 卞海洋，黄毅，郑炳锋，等.高速公路改扩建工程高模量沥青混合料路用性能研究J.中外公路，2019，39（5）：221-225.4 孙雅珍,顾彬诚.高模量沥青混合料路用性能试验及AHP综合性能评价J.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2019，35（4）：684-691.（上接第31页）4 结论本文依托实际工程对竹纤维沥青混合料的耐久性进行了研究，并得出如下结果：1）通过单轴压缩试验得知：纤维沥青混合料回弹模量、抗压强度均随着老化时间的增加，呈先增加后降低的趋势，当老化时间为60 h时，混合料力学性能最佳。2）通过小梁弯曲试验得知：纤维沥青混合料最大弯拉应变随着老化时间的增加逐渐下降，劲度模量随着老化时间的增加逐渐上升，说明随着老化时间的增加，纤维沥青混合料低温性能逐渐增强。3）通过浸水马歇尔试验得知：随着老化时间的增加，纤维沥青混合料的水稳定性降低，但大于普通沥青混合料，说明竹纤维可增加混合料的水稳性能。参考文献：1 罗少粉.木质素复配玻璃纤维沥青混合料力学特性研究J.西部交通科技，2022（4）：79-83.2 李晓旭.纤维及沥青用量对纤维沥青混合料抗裂性能的影响研究D.邯郸：河北工程大学，2022.3 王本帅，康爱红，吴星怡，等.玄武岩纤维沥青混合料长度级配设计J.河南科技大学学报（自然科学版），2022，43（3）：63-70.4 夏超明.竹纤维沥青混合料的耐久性能研究D.长沙：中南林业科技大学，2022.35