SBS改性沥青混合料AC-25低温性能研究

宋云祥 宋鸽

摘 要：为了解沥青混合料低温性能，以连续型级配沥青混合料为例，通过-10℃小梁弯曲试验进行其低温抗裂性能评价与分析，主要涉及抗弯拉强度、最大弯拉应变等评价指标。主要针对不同级配、不同RA抗车辙剂掺量及不同级配类型对沥青混合料低温性能的影响进行研究，以期能够改善SBS改性沥青混合料AC-25的低温性能，延长工程使用寿命。关键词：沥青路面;SBS改性沥青混合料;低温性能;不同级配

中图分类号：U414.03                                文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2022）05-0004-03

1 不同级配对沥青混合料低温性能的影响

在沥青混合料低温性能评价当中，抗弯拉强度是最常见的低温性能评价指标，通过抗弯拉强度可以准确低温条件下，沥青混合料抵抗拉应力的能力情况。一般来讲，抗弯拉强度越大，则混合料抗低温拉应力能力越好，两者呈正比。低温条件下，沥青混合料的变形能力可由最大弯拉应变反映，最大弯拉应变增加，则混合料的抗变形能力越好。除此之外，还需要考虑弯曲劲度模量，弯曲劲度模量越高，越容易出现混合料裂缝[1]。

1.1 小梁弯曲试验分析

按照公路沥青混合料现行试验标准要求，在沥青混合料低温性能评价中，可采用小梁弯曲试验。此次以万能材料试验机完成测定。试验流程如下：

通过轮碾压成型，车辙板的尺寸为300 mm（长）× 300 mm（宽）×100 mm（厚）;

通过切割机切割成尺寸满足标准规定的小梁试件，试件尺寸为250 mm（长）×30 mm（宽）×35 mm（高）;

设定一组试验的根数，每组4根小梁试件;

设定-10℃试验温度，确定单点集中加载方式，确定跨径、加载速率;

按照既定公式计算小梁弯曲破坏时的三个评价指标，即抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量。

抗弯拉强度计算公式如下：

RB=3LPB/2bh2                                                                                                （1）

试件破坏条件下，RB代表抗弯拉强度;L代表试件跨径;PB代表最大破坏荷载;h代表跨中断面试件高度;b代表跨中断面试件的宽度。

最大弯拉应变计算公式如下：

εB=6hd/L2                                                                                                               （2）

试件破坏条件下，εB代表最大弯拉应变;d代表跨中挠度。

弯曲劲度模量计算公式如下：

SB=RB/εB                                                                                                                   （3）

試件破坏条件下，SB代表弯曲劲度模量。

1.2 小梁弯曲试验结果

表1为-10℃条件下，不同级配沥青混合料的小梁弯曲试验检测结果。

由此可见，对于沥青混合料的低温抗裂能力来讲，主要决定因素在于2点：02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

低温断裂条件下，混合料所承受的最大破坏荷载的大小;低温条件下，沥青混合料的抗变形能力，也就是最大弯沉应变。

通过表1可知，在-10℃低温条件下，按照从高到低的顺序依次排列，上述四种连续型密级配沥青混合料的最大弯拉应变当中，最高值为AC-25-1级配，最低值为AC-25-3级配，但总体来讲，上述4种连续型密级配沥青混合料的最大弯拉应变值都可达到规定标准（≥2 500），从而表明，捣实试验设计的级配稳定性较好。

由各级配极限弯拉劲度模量检测结果可见，在相同低温条件下，AC-25-3级配的弯曲劲度模量最高，可以达到3 600 MPa，AC-25-1级配的弯曲劲度模量最小，为2 800 MPa。一般来讲，沥青混合料的弯曲劲度模量越高，则说明其低温抗裂性能越差。由此可见，在不同级配沥青混合料当中，低温抗裂性能较高的级配为AC-25-1与AC-25-2。究其原因在于上述两个级配的油石比偏大，沥青混合料当中沥青用量大，在低温环境下，沥青材料具有较强的变形能力，增强了混合料的低温稳定性。这也说明了，沥青混合料的低温性能与最佳油石比之间存在必然的联系。

2 RA抗车辙剂掺量对沥青混合料低温性能的影响

-10℃低温条件下，针对四种不同级配沥青混合料进行低温弯曲试验，为了详细了解沥青混合料的低温性能，提出了不同RA抗车辙剂掺量的对比分析，RA掺量分为5类，即0、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，从而获取不同级配混合料的最大破坏荷载、破坏跨中挠度、抗弯拉强度、最大弯拉应变及极限弯拉劲度模量等指标[2]。

当RA掺量为0时，AC-25-1级配的最大破坏荷载为934 N，破坏跨中挠度为0.55 mm，抗弯拉强度为7.618 MPa，最大弯拉应变为3190（10-6） MPa，极限弯拉劲度模量为3 215 MPa。AC-25-2级配的最大破坏荷载为970 N，破坏跨中挠度为0.40 mm，抗弯拉强度为8.035 MPa，最大弯拉应变为2 770（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 608 MPa。AC-25-3级配的最大破坏荷载为1 035 N，破坏跨中挠度为0.42 mm，抗弯拉强度为8.450 MPa，最大弯拉应变为2570（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 880 MPa。工地级配的最大破坏荷载为1 040 N，破坏跨中挠度为0.45 mm，抗弯拉强度为8.560 MPa，最大弯拉应变为2 548（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 780 MPa。

当RA掺量为0.2%时，AC-25-1级配的最大破坏荷载为1 050 N，破坏跨中挠度为0.53 mm，抗弯拉强度为8.028 MPa，最大弯拉应变为3 350（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 172 MPa。AC-25-2级配的最大破坏荷载为1 110 N，破坏跨中挠度为0.41 mm，抗弯拉强度为8.175 MPa，最大弯拉应变为2 995（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 605 MPa。AC-25-3级配的最大破坏荷载为1 185 N，破坏跨中挠度为0.41 mm，抗弯拉强度为8.470 MPa，最大弯拉应变为2 850（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 812 MPa。工地级配的最大破坏荷载为1 123 N，破坏跨中挠度为0.41 mm，抗弯拉强度为8.602 MPa，最大弯拉应变为2 810（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 730 MPa。

当RA掺量为0.3%时，AC-25-1级配的最大破坏荷载为1 127 N，破坏跨中挠度为0.54 mm，抗弯拉强度为8.105 MPa，最大弯拉应变为3 355（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 045 MPa。AC-25-2级配的最大破坏荷载为1 180 N，破坏跨中挠度为0.36 mm，抗弯拉强度为8.225 MPa，最大弯拉应变为3 058（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 506 MPa。AC-25-3级配的最大破坏荷载为1 245 N，破坏跨中挠度为0.38 mm，抗弯拉强度为8.527 MPa，最大弯拉应变为2 890（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 762 MPa。工地级配的最大破坏荷载为1 190 N，破坏跨中挠度为0.44 mm，抗弯拉强度为8.625 MPa，最大弯拉应变为2 840（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3612 MPa。

当RA掺量为0.4%时，AC-25-1级配的最大破坏荷载为1 145 N，破坏跨中挠度为0.55 mm，抗弯拉强度为8.121 MPa，最大弯拉应变为3 400（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为2 945 MPa。AC-25-2级配的最大破坏荷载为1 275 N，破坏跨中挠度为0.37 mm，抗弯拉强度为8.365 MPa，最大弯拉应变为3 060（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3363 MPa。AC-25-3级配的最大破坏荷载为1 332 N，破坏跨中挠度为0.39 mm，抗弯拉强度为8.580 MPa，最大弯拉应变为2 905（10-6）  MPa，極限弯拉劲度模量为3735 MPa。工地级配的最大破坏荷载为1 270 N，破坏跨中挠度为0.40 mm，抗弯拉强度为8.679 MPa，最大弯拉应变为2 950（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 501 MPa。

当RA掺量为0.5%时，AC-25-1级配的最大破坏荷载为1 176 N，破坏跨中挠度为0.57 mm，抗弯拉强度为8.099 MPa，最大弯拉应变为3 368（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为2 915 MPa。AC-25-2级配的最大破坏荷载为1 289 N，破坏跨中挠度为0.37 mm，抗弯拉强度为8.397 MPa，最大弯拉应变为3 078（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 279 MPa。AC-25-3级配的最大破坏荷载为1 372 N，破坏跨中挠度为0.43 mm，抗弯拉强度为8.610 MPa，最大弯拉应变为2 798（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 669 MPa。工地级配的最大破坏荷载为1 328 N，破坏跨中挠度为0.45 mm，抗弯拉强度为8.714 MPa，最大弯拉应变为2 953（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 499 MPa。02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5

与普通沥青混合料相比，掺加一定量RA抗车辙剂的沥青混合料的低温最大弯拉应变相对较大，可以达到我国现行沥青混合料施工规范要求，但与此同时也可以看出，沥青混合料的最大弯拉应变并非随着RA掺量的不断增长而增长，当RA掺量达到0.3%的情况下，沥青混合料的最大弯拉应变值最高，随后下降。通过掺加RA抗车辙剂，可以进一步增强沥青混合料的抗弯拉强度。在不同RA掺量条件下，掺加量越大，则沥青混合料的极限弯拉劲度模量不增反降，说明RA掺量达到0.5%时，沥青混合料的极限弯拉劲度模量最小，混合料的低温抗裂性能最好。总而言之，对于沥青混合料低温性能而言，掺加适量RA抗车辙剂具有一定改善作用[3]。

3 不同级配类型对沥青混合料低温性能的对比分析

通过上述分析，为了解不同級配类型是否会影响沥青混合料的低温性能，本文针对AC-25-3级配、Sup-25级配、KH-25级配三种不同类型进行了对比分析。在试验中，采取同一材料进行车辙试件的加工与制作，随后利用切割机进行小梁试件的切割，试件的尺寸为250 mm（长）×30 mm（宽）×35 mm（高），小梁弯曲试验的试验温度仍以-10℃低温为准，检测指标包括：最大破坏荷载、破坏跨中挠度、抗弯拉强度、最大弯拉应变与极限弯拉劲度模量。

3.1 AC-25-3级配

当油石比为3.9%时，最大破坏荷载为1 036 N，破坏跨中挠度为0.43 mm，抗弯拉强度为8.455 MPa，最大弯拉应变为2 795（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 670 MPa。

3.2 Sup-25级配

当油石比为3.8%时，最大破坏荷载为1 018 N，破坏跨中挠度为0.40 mm，抗弯拉强度为8.325 MPa，最大弯拉应变为2 635（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 898 MPa。

3.3 KH-25级配

当油石比为4.2%时，最大破坏荷载为990 N，破坏跨中挠度为0.45 mm，抗弯拉强度为8.278 MPa，最大弯拉应变为2 892（10-6）  MPa，极限弯拉劲度模量为3 460 MPa。

通过检测结果可知，在三种级配类型当中，按照从高到低的顺序依次排列，沥青混合料的抗弯拉强度为AC-25-3级配>Sup-25级配>KH-25级配。由此说明，在三种不同级配类型的沥青混合料当中，最大弯拉应变均可满足现行标准，其中AC-25-3级配沥青混合料的抗弯拉强度最大，则其低温抗拉能力最好。沥青混合料的最大弯曲应变为KH-25级配>AC-25-3级配>Sup-25级配。沥青混合料的弯拉劲度模量为Sup-25级配>AC-25-3级配>KH-25级配。结合上述分析，3种不同级配类型的沥青混合料当中，低温变形能力最高的为KH-25级配，其次为AC-25-3级配，最后为Sup-25级配。KH-25级配沥青混合料的低温变形能力最好的主要原因在于此类混合料当中矿粉用量、沥青用量都较多，在低温条件下，沥青材料具有较强的变形能力，说明相比其他两种级配类型，KH-25级配低温性能较好。但结合经济性、施工当地气温、降雨等因素考虑，最终认为级配类型以AC-25-3级配最佳。

4 结语

综上所述，本文以连续型密级配沥青混合料低温性能为例进行分析，为了有效提升AC-25沥青混合料的低温性能，分别对不同级配、不同RA抗车辙剂掺量、不同级配类型条件下是否会影响SBS改性沥青混合料的低温性能进行评价分析。所得结论如下：

在不同级配影响分析中，在-10℃低温条件下，AC-25-3级配的弯曲劲度模量最高，AC-25-1级配的弯曲劲度模量最小。不同级配沥青混合料当中，低温抗裂性能较高的级配为AC-25-1与AC-25-2。究其原因在于上述两个级配的油石比偏大，沥青混合料当中沥青用量大，在低温环境下，沥青材料具有较强的变形能力，增强了混合料的低温稳定性。以上分析说明沥青混合料的低温性能与最佳油石比之间存在很大关系。

在不同RA抗车辙剂掺量条件下，对于SBS改性沥青混合料低温性能来讲，掺加适量RA抗车辙剂可以起到一定改善作用，其中最佳掺量配比为0.3%。

在不同级配类型影响分析中，三种不同级配类型的沥青混合料当中，低温变形能力最高的为KH-25级配，其次为AC-25-3级配，最低为Sup-25级配。但结合经济性、施工当地气温、降雨等因素考虑，最终认为AC-25-3级配最为合适。

参考文献

[1] 张波，周斌.改性沥青混合料的低温性能试验[J].中小企业管理与科技，2011（27）：313-314.

[2] 余芳.BFL-RS01改性沥青混合料路用性能试验研究[J].大众科技，2019，21（11）：13-15.

[3] 宋子房.SBS改性沥青混合料低温性能研究[J].筑路机械与施工机械化，2014，31（8）：76-78+82.02EE8B5C-AEA7-4B11-B51B-DC34D4AA5AD5