复合改性沥青混合料疲劳耐久性的试验研究

芮遨宇 程 鹏 张 腾 叶文彬 陈 越 张海涛

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

1 概述

改性沥青混合料可以提高沥青路面的高低温性能，从而改善行车条件及延长沥青路面使用年限。目前，对改性沥青混合料的研究主要集中在如何提高混合料的力学性能，而对疲劳耐久性研究较少。随着使用年限的增加，沥青路面将产生不同种类、不同形式的损害，因此，在改性沥青混合料的基础上，如何提高沥青混合料的耐久性是主要的研究方向。

现有的单一改性沥青(例如SBS改性剂)虽然对沥青混合料的高低温性能具有一定的提高，但是随着沥青路面使用年限的增加及环境的影响，单一改性沥青混合料的力学性能及耐久性就稍显不足。因此，本研究采用SBS，SBR，橡胶粉三种改性剂组成复合改性剂，设计三种复合改性沥青进行试验研究，从而组成三种复合改性沥青混合料。以三种复合改性沥青混合料为研究对象，对其疲劳耐久性进行对比分析，探究不同复合改性沥青混合料力学性能的变化规律。研究结果对沥青混合料耐久性的研究具有一定的理论与实用价值。

2 试验材料与方案

2.1 试验材料

1)沥青。

试验选用90号沥青，其技术指标如表1所示。

表1 天然沥青技术指标

2)改性剂。

试验选用SBS，SBR和橡胶改性剂(如图1所示)，其技术指标如表2所示。

图1 改性剂类型

表2 改性剂的技术指标

3)复合改性沥青。

设计三种(4%SBS/3%SBR，4%SBS/15%橡胶，4%SBR/15%橡胶)复合改性沥青，其技术指标如表3所示。

表3 复合改性沥青技术指标

4)集料。

试验采用沥青混合料AC-13，集料级配设计如表4所示。

2.2 复合改性沥青混合料的设计

表4 沥青混合料配合比设计

根据上面的数据设计复合改性沥青混合料(AC-13)，采用马歇尔设计法确定最佳沥青用量为5.6%。

2.3 试验方法

利用改装的车辙试验设备，对复合改性沥青混合料的疲劳耐久性进行对比研究。通过控制(200με，400με，600με)三种应变，以不同混合料的疲劳寿命为指标，对不同复合改性沥青混合料的固有性能、改善性能及综合性能的变化规律进行对比分析。

3 复合改性沥青混合料疲劳耐久性的对比分析

3.1 4%SBS/3%SBR沥青混合料疲劳耐久性

不同应变的4%SBS/3%SBR沥青混合料的疲劳耐久性试验结果如表5所示，可以看出:

1)随着lgε的增加，lg Nf逐渐减小，即随着应变的增加，4%SBS/3%SBR沥青混合料疲劳寿命降低，说明在大应变下，沥青混合料更容易产生破坏。

2)随着lgε的增加，4%SBS/3%SBR沥青混合料固有性能k值大于改善性能，说明在疲劳寿命方面，4%SBS/3%SBR沥青混合料固有性能优于改善性能。4%SBS/3%SBR沥青混合料固有性能n值大于改善性能，说明4%SBS/3%SBR沥青混合料固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

表5 4%SBS/3%SBR沥青混合料的疲劳耐久性试验结果

3.2 4%SBS/15%Rubber沥青混合料疲劳耐久性

不同应变的4%SBS/15%Rubber沥青混合料的疲劳耐久性试验结果如表6所示。可以看出，随着lgε的增加，4%SBS/15%Rubber沥青混合料固有性能k值大于改善性能，说明在疲劳寿命方面，4%SBS/15%Rubber沥青混合料固有性能优于改善性能。4%SBS/15%Rubber沥青混合料固有性能n值大于改善性能，说明4%SBS/15%Rubber沥青混合料固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

表6 4%SBS/15%Rubber沥青混合料疲劳耐久性试验结果

3.3 4%SBR/15%Rubber沥青混合料疲劳耐久性

不同应变的4%SBS/15%Rubber沥青混合料的疲劳耐久性试验结果如表7所示。可以看出，随着lgε的增加，4%SBR/15%Rubber沥青混合料固有性能k值大于改善性能，说明在疲劳寿命方面，4%SBR/15%Rubber沥青混合料固有性能优于改善性能。4%SBR/15%Rubber沥青混合料固有性能n值大于改善性能，说明4%SBR/15%Rubber沥青混合料固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

表7 4%SBS/15%Rubber沥青混合料的疲劳耐久性试验结果

3.4 不同沥青混合料疲劳耐久性的对比分析

不同应变的三种沥青混合料综合性能与改善性能的疲劳耐久性试验结果如表8所示。

表8 不同沥青混合料综合性能与改善性能疲劳耐久性试验结果

从表8中可以得出以下结论:随着应变的变化，说明4%SBS/15%Rubber沥青混合料疲劳耐久性最佳，4%SBR/15%Rubber沥青混合料次之，4%SBS/3%SBR沥青混合料最差。在疲劳敏感度方面，说明4%SBR/15%Rubber沥青混合料对应力水平变化最敏感，4%SBS/15%Rubber沥青混合料次之，4%SBS/3%SBR沥青混合料最差。在疲劳耐久性方面，说明4%SBS/3%SBR综合性能的变化过程与固有性能最相近，而4%SBR/15%Rubber综合性能变化过程与固有性能相差最远。

4 结语

1)复合改性沥青混合料的疲劳耐久性的对比试验结果表明:

对于4%SBS/3%SBR沥青混合料，固有性能优于改善性能。同时，固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

对于4%SBS/15%Rubber沥青混合料，固有性能优于改善性能。同时，固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

对于4%SBR/15%Rubber沥青混合料，固有性能优于改善性能。同时，固有性能的疲劳寿命对水平应力变化敏感度大于改善性能。

2)复合改性沥青混合料的疲劳耐久性的试验结果表明:

4%SBS/15%Rubber沥青混合料疲劳耐久性最佳，4%SBS/3%SBR沥青混合料次之，4%SBR/15%Rubber沥青混合料最差。

3)复合改性沥青混合料的疲劳耐久性的试验结果表明:

4%SBS/3%SBR综合性能的变化过程与固有性能最相近，4%SBR/15%Rubber综合性能变化过程与固有性能相差最远。