基于不同结构类型的高模量天然沥青混合料性能研究
时间：2023-04-17 17:30:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李 艳
(西安公路研究院有限公司 西安 710065)
高模量沥青混合料因其具有优良的高温抗车辙能力，被国外广泛应用于沥青路面面层结构中[1]。其中,法国针对高模量沥青混合料提出了BBME、EME等不同类型混合料的适用条件及要求，并形成了高模量沥青混合料配合比设计体系[2]。高模量沥青混合料在国内也得到了一定程度的应用，长安大学、江苏省交通科学研究院股份有限公司等国内诸多科研院所近年来均对该项路面技术进行了研究[3]。目前国内外对于高模量沥青混合料的研究，大都针对掺加高模量剂及采用法国高模量级配的混合料性能研究，少见对高模量沥青胶结料混合料的相关研究，以及采用AC类级配高模量沥青混合料的适用性研究。
高模量天然沥青混合料是指采用高模量天然沥青与一定级配结构的矿料组合而成的沥青混合料[4-5]。目前高速公路沥青上面层沥青混合料通常采用AC-13型SBS改性沥青混合料，中面层沥青混合料类型为AC-20型SBS改性沥青混合料[6-8]。为对高模量天然混合料的适用性进行研究，本文分别采用SBS改性沥青、高模量天然沥青针对AC-13、BBME-13以及AC-20、EME-16等级配的不同结构类型的混合料进行配合比设计，进行路用性能对比，为天然沥青高模量混合料在高速公路面层中的应用提供参考。
1.1 级配类型及范围
天然沥青高模量混合料级配类型、层位及厚度要求应符合表1规定,混合料级配范围见表2[9]。
表1 混合料级配类型、层位及厚度要求
表2 混合料矿料级配范围
1.2 Marshall试验技术要求
高模量天然沥青混合料Marshall试验相关要求见表3～5[10]。
表3 高模量沥青混合料马歇尔试验配合比设计技术要求
表4 高模量沥青混合料路用性能技术要求
表5 混合料室内成型温度
分别对上面层及中面层不同结构类型的改性沥青混合料及天然沥青高模量混合料进行配合比设计及性能试验检测及对比，分析沥青胶结料及级配类型对沥青混合料的性能影响。试验拟采用的不同沥青路面层位及混合料类型见表6。
表6 试验拟采用的不同沥青路面层位及混合料类型
(1)沥青：沥青采用SBS改性沥青以及HMB高模量天然沥青，性能指标检测结果见表7～8。
表7 SBS改性沥青性能指标检测结果
表8 HMB高模量沥青性能指标检测结果
(2)矿料：所用石料规格为19～26.5mm、9.5～19mm、9.5～13.2mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm、0～2.36mm及矿粉。以上材料基本性能试验结果见表9～11。
表9 粗集料基本性能指标
表10 细集料基本性能指标
表11 矿粉基本性能指标
根据各种矿料的筛分结果，AC-13、AC-20、BBME-13、EME-16等不同类型混合料的级配设计结果见表12，级配曲线见图1～4。
表12 级配设计结果(%)
图1 AC-13型沥青混合料合成级配曲线图
图2 BBME-13型沥青混合料合成级配曲线图
图3 AC-20沥青混合料合成级配
图4 EME-16沥青混合料合成级配
按表12的级配设计结果分别进行改性沥青混合料和高模量沥青混合料的制备，进行Marshall试验。其中，改性沥青混合料Marshall试件成型温度控制：矿料加热温度180～190℃，沥青加热温度160～165℃，混合料拌和温度170～175℃，试件击实温度155～160℃，双面击实75次；
高模量沥青混合料Marshall试件成型温度控制：矿料加热温度190～200℃，沥青加热温度170～190℃，混合料拌和温度180～190℃，试件击实温度175～185℃，双面击实75次。
通过不同油石比下，混合料的目标空隙率、矿料间隙率等作为主要控制指标，按配合比设计要求最终确定最佳油石比及最佳油石比下马歇尔物理-力学性能指标见表13。
表13 最佳沥青用量时Marshall试件试验结果
对SBS改性沥青及天然高模量沥青在最佳油石比下的性能试验结果汇总见表14～15。
表14 上面层沥青混合料试验结果汇总
表15 中面层沥青混合料试验结果汇总
分析表14～15可知：
(1)经室内试验验证，SBS改性沥青混合料与高模量天然沥青混合料配合比设计结果及动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比、低温弯曲破坏应变和渗水系数指标满足要求。
(2)采用AC类结构，高模量天然沥青混合料沥青用量整体高于SBS改性沥青混合料，由于AC类沥青混合料属于骨架密实结构，高模量天然沥青自重大，填充空隙时用量较多；
路用性能基本相当，高模量沥青混合料高温抗车辙性能略优，高模量天然沥青在硬质沥青和聚合物改性剂的作用下增强了黏聚性，因此在混合料中发挥了抗车辙的优良性能。
(3)对比AC类和BBME/EME类高模量沥青混合料可知，悬浮密实结构的BBME/EME类高模量沥青混合料，沥青用量更大，高温抗车辙性能及低温性能更优，水稳性能与AC类骨架密实结构基本相当。悬浮密实结构具有低空隙率的特点，且悬浮密实结构的高模量沥青混合料采用的高模量天然沥青用量较大，混合料中的细料与高模量天然沥青充分混溶致使表面沥青膜增厚，提升了高模量沥青混合料黏聚力，从而提高了其抗弯拉强度和韧性，体现出了优良的高温抗车辙能力及低温抗裂性能。
(1)经室内试验，SBS改性沥青混合料与天然沥青高模量混合料配合比设计结果及动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比、低温弯曲破坏应变和渗水系数指标满足要求。
(2)天然沥青高模量混合料的沥青用量比SBS改性沥青混合料的高0.7%～1.0%；
采用AC类骨架密实结构时，二者路用性能基本相当，高模量沥青混合料高温抗车辙性能较改性沥青混合料高5%～13%。
(3)悬浮密实结构的BBME/EME类高模量沥青混合料，具有低空隙率、高沥青用量的特点，高温抗车辙性能及低温抗裂性能优良。
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