高模量改性剂对沥青混凝土路用性能影响研究.pdf

712023年5月试验与研究江西建材高模量改性剂对沥青混凝土路用性能影响研究王正勇曲靖公路局，云南曲靖655000摘要：文中研究不同高模量外掺剂（7%、10%、13%、16%）沥青混合料的高低温性能变化规律，确定了最佳外掺剂用量，并对最佳高模量外掺剂用量下制备的沥青混合料高温性能、低温性能及水稳定性能进行评价。研究结果表明，沥青混合料的动稳定度与高模量剂掺量呈正相关关系，而低温性能与高模量剂掺量先呈正相关关系，后呈负相关关系。结合混合料高低温性能平衡原则，确定高模量剂最佳掺量为12%。与普通混合料相比，添加高模量剂后，SMA混合料的高低温性能及水稳性能均得到有效改善，动稳定度提高了18 8%，劲度模量提升幅度达9%，残留稳定度MS和冻融劈裂强度比TSR分别增加7.9%和8.2%。关键词：SMA沥青混合料；高模量改性剂；路用性能中图分类号：U414文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 0 7 1-0 3Study on Influence of High Modulus Modifier on PavementPerformance of Asphalt ConcreteWang ZhengyongQujing Highway Bureau,Qujing,Yunnan 655000Abstract:The article studies the changes in high and low temperature performance of asphalt mixtures under different high modulusadmixtures(7%,10%,13%,16%),and determines the optimal dosage of admixtures;Evaluate the high-temperature performance,low-temperature performance,and water stability performance of asphalt mixtures prepared under the optimal amount of high modulus admixtures.The research results indicate that the dynamic stability of asphalt mixtures is positively correlated with the amount of high modulus agentadded,while the low-temperature performance is first positively correlated with the amount of high modulus agent added,and then negativelycorrelated.Based on the principle of balancing the high and low temperature performance of the mixture,the optimal dosage of high modulusagent is determined to be 12%.Compared with ordinary mixtures,the addition of high modulus agents effectively improves the high and lowtemperature performance and water stability of SMA mixtures.The dynamic stability is increased by 188%,the stiffness modulus is increasedby 9%,and the residual stability MS and freeze-thaw splitting strength are increased by 7.9%and 8.2%respectively compared to TSR.Key words:SMA asphalt mixture;High modulus modifier;Road performance0引言高模量沥青混合料（HMAM）具有较低的空隙率和较强的刚度，可大幅减少沥青层在重载、超载车辆作用下产生的永久变形，有效提高沥青层的抗车辙性能，延长沥青路面的使用寿命1-2 。目前，研究人员针对不同类型高模量改性沥青混合料路用性能展开了相关研究3-5。李彩霞4 认为，与基质沥青及SBS改性沥青相比，高模量改性沥青的高温性能均有所提升。曹海利3 研究了不同种类基质沥青对高模量混凝土路用性能的影响，认为硬质沥青对高模量沥青混合料高温性能和抗疲劳性能的改善效果较好。王海阳5 研究了不同类型添加剂对高模量改性沥青混合料性能的影响，认为高模量剂可以大幅提高混合料的抗变形性能。然而，在SMA沥青混合料中添加高模量剂的研究相对较少。本文研究了不同掺量高模量外掺剂下沥青混合料的高低温性能变化规律，确定了最佳的外掺剂用量；在最佳高模量外掺剂用量下制备沥青混合料，并进行高温性能、低温性能及水稳定性能的评价，以期为高模量SAM改性沥青混合料作者简介：王正勇（197 8-），男，云南曲靖人，本科，高级工程师，主要研究方向为公路工程管理。的性能提升及级配优化设计提供一定参考。1原材料及试验方法1.1原材料试验采用的沥青为辽河9 0 基质沥青及SBS掺量为5%的SBS改性沥青，根据JTGE202011公路工程沥青及沥青混合料试验规程，对所用沥青相关物理技术指标进行测试，得到的相关技术指标如表1所示。表1沥青基本物理指标SBS改性90基质试验项目要求测试方法沥青沥青软化点/80.243.143T0606针入度/0.1mm55.383.460-80T 060415延度/cm10010040T060510延度/cm10056一T06055延度/cm23.0一20T 0605弹性恢复/%81一75T0662运动黏度135/(Pas)2.3一3T0625粗集料和细集料均采用石灰岩，粗集料的表观相对密度为2.6 7 g/cm，压碎值为9.5%，磨光值为40%，针片状颗粒含量72-2023年5月试验与研究江西建材为3.5%，吸水率仅为1.1%；细集料对沥青混合料内部粗骨料间大空隙的填充起到非常重要的作用，本文选用偏粗的中砂，表观相对密度为2.4g/cm，砂当量为6 1%，棱角性2.5；矿粉可以有效提高沥青胶浆的黏附能力，试验用矿粉采用石灰岩，视密度为2.6 g/cm，亲水系数为0.5，含水率仅为0.2%，无团粒结块现象。上述集料技术指标均满足JTGF40一2 0 0 4公路沥青路面施工技术规范的要求。本文主要研究高模量改性SMA沥青混凝土的路用性能，通常SMA沥青混合料中都会添加纤维稳定剂，目的是增加混合料内部的稳定性。采用聚丙烯腈纤维，掺量采用常规掺量为0.35%（占沥青混合料质量百分率），直径为13m，长度为6mm，该纤维经过2 10 烘烤2 h，体积无变化，耐热性良好。DS-(60-45)N,Do-D4sxC,xC,(1)式中，DS为动稳定度（mm/次）；D6o为6 0 min试件变形量（mm）；D 45为45min试件变形量（mm）；N为往返次数（次/min）,N=42 次；C为试验机修正系数，Ci=1.0；Cz 为试件系数,C,=1.0。1.2.2低温弯曲试验目前，研究者常用的低温抗裂性能评价方法主要有劈裂试验、低温弯曲试验等，本文采用低温弯曲试验，以破坏时的弯曲劲度模量表征沥青混合料的低温抗裂性能，劲度模量计算公式如下所示。Rb=3LP2bh2（2)6hd?&=L(3)RbS,（4)式中,R,为弯拉强度（MPa）;8 为弯拉应变;S,为劲度模量（M Pa）；b 为跨中断面宽度（mm）；h 为断面高度（mm）；L为试件跨径（mm）；P,为破坏时最大荷载（N）；d 为破坏时跨中挠度(mm)。1.2.3浸水马歇尔及冻融劈裂试验根据JTGE202011公路工程沥青及沥青混合料试验规程对沥青混合料进行浸水马歇尔和冻融劈裂试验，以残留稳定度和冻融劈裂强度比为指标，评价沥青混合料的水稳定性能，对应的计算公式如下所示。MS,MSx100(5)MS,式中，MS为残留稳定度（%）；MSi为浸水48 h后稳定度（k N）；M S,为标准方法稳定度（kN）。RTLTSR=RT2x100(6)式中，TSR为冻融劈裂强度比（%）;Rr为冻融后劈裂强度（M Pa）；R r 为冻融前劈裂强度（MPa）。2最佳高模量剂掺量的确定100-级配上限级配下限80一设计级配%/率旦6040200191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔尺寸/mm图1高模量SMA沥青混合料级配设计图本文采用的SMA沥青混合料设计级配如图1所示，油石比采用5.5%。由以往的工程经验可知，合适的高模量剂掺量在5%20%。因此，本文开展高模量剂掺量（6%、9%、12%、15%）下沥青混合料高低温性能与外掺剂掺量的影响测试，测试结果如图2 所示。20000256015000252010000248050002440024005101551015高模量剂掺量/%高模量剂掺量/%图2高模量SMA沥青混合高低温性能与高模量剂掺量关系从图2 可知，沥青混合料的动稳定度与高模量剂掺量呈正相关关系，其破坏应变与高模量剂掺量先呈正相关关系，后呈负相关关系。基于沥青混合料高低温性能平衡原则，再结合以往施工效果良好的实体工程案例，确定高模量剂的最佳掺量为12%。3高模量SMA沥路用性能研究利用前文提及的试验设备和试验方法，结合上述计算公式，对最佳高模量剂掺量下的沥青混合料进行高温性能、低温性能以及水稳定性能试验，试验结果如图3所示。15000(/1000050000（a）动稳定度73上接第7 0 页）试验与研究江西建材2023年5月40003000200010000普通沥青混凝土高模量沥青混凝土(b）劲度模量100%/96928884普通沥青混凝土高模量沥青混凝土（c）残留稳定度92%/88848076普通沥青混凝土高模量沥青混凝土（d）冻融劈裂强度比图3高模量SMA沥青混合料路用性能facets and their application in quantum-dot sensitized solar cells J.J Alloys Compd,2015,624:94-99.11 Abutaleb Ahmed.Hydrothermal-Assisted Synthesis of CopperNanoparticles-Decorated Titania Nanofibers for Methylene BluePhotodegradation and Catalyst for Sodium Borohydride DehydrogenationJ.Polymers,2022,14（2 3):518 0-518 0.12 MUNIANDY S S,MOHD KAUS N H,JIANG Z T,et al.Greensynthesis of mesoporous anatase TiO nanoparticles and theirphotocatalytic activitiesJ.RSC Adv,2017,7（7 6):48 0 8 3-48094.13 CAO X Y,CHEN YJ,TANG JL,et al.Mechanistic study of nitrogen-modified titanium dioxide nanoparticles for enhancing the degradation of从图3可知，掺人高模量剂后，SMA沥青混合料的动稳定度、劲度模量、残留稳定度以及冻融劈裂强度比均有所提高，动稳定度提高效果最明显。这表明，高模量剂对沥青混合料的抗车辙变形能力提升效果最好。与普通混合料相比，添加高模量剂后，SMA混合料动稳定度提高了18 8%，高温性能得到显著提升；劲度模量从原来的32 0 0 MPa增加到350 0 MPa，提升幅度达9%；与普通混合料相比，残留稳定度MS和冻融劈裂强度比TSR分别增幅7.9%和8.2%。4结论（1）沥青混合料的动稳定度与高模量剂掺量呈正相关关系，低温性能与高模量剂掺量先呈正相关关系，后呈负相关关系。结合混合料高低温性能平衡原则，根据以往施工效果良好的工程实例，确定高模量剂最佳掺量为12%。（2）与普通混合料相比，添加高模量剂后，SMA混合料的高低温性能及水稳性能均得到有效改善，动稳定度提高了188%，劲度模量提升幅度达9%，残留稳定度MS和冻融劈裂强度比TSR分别增幅7.9%和8.2%。参考文献【1】翟晓星.沥青路面抗车辙性能影响因素研究J.交通世界，2022（11):43-45.2刘东元.高模量沥青稳定碎石HMAM基层路用性能及结构特性研究D.武汉：武汉理工大学，2 0 18.3曹海利.沥青种类对高模量沥青混合料性能的影响J交通世界，2 0 2 2（34）：2 7-2 9.4李彩霞.高模量沥青性能研究J.中外公路，2 0 18，38（5）：253-256.5王海阳，李宜锋，郑木莲.不同添加剂下高模量沥青混合料路用性能研究【J】.中国科技论文，2 0 19，14（9）：10 0 4-10 0 9.【6 周庆华，沙爱民.高模量外掺剂对沥青混凝土疲劳参数的影响J.交通科学与工程，2 0 16，32（3）：12-15.organic dyes and antibacterial properties under visible-light irradiation J.Materials Today Communications,2023,35.14 CHEN Y H,LIN A,GAN F 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