沥青混合料高温稳定性评价方法研究

李春梅 商丘市东方工程监理有限公司

一、沥青混合料车辙试验结果

作为一种粘弹性材料，影响沥青混合料力学性能的因素很多。在温度变化过程中，沥青混合料强度也将发生改变，因此，在沥青混合料高温性能评价时选用哪一类指标极为关键。目前，在沥青混合料高温性能评价中，多以基于车辙试验的动稳定度为准，在试验中，采用了两种沥青混合料级配、两种沥青混合料及两种试验方法。具体条件如表1 所示。

经试验分析，可得试验结果如下：

本试验共选择3 个试件，试件A、试件B、试件C，主要测试内容包括车辙深度、DS 值、d60-d45 三项，具体试验结果如下：

1.Superpave-13 基质沥青混合料车辙试验结果

（1）在试验温度为45℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为2.652～2.686mm，平均值为2.670mm；DS 值范围为2025.7～2120 次/mm，平均值为2081.9 次/mm；d60-d45 范围为0.300～0.311mm，平均值为0.303mm。

（2）在试验温度为60℃的条件下，根据实际情况所得试验结果如下：车辙深度范围为9.471～9.775mm，平均值为9.601mm；DS值范围为504.8～530.7 次/mm，平均值为517.9次/mm；d60-d45 范围为1.216～1.292mm，平均值为1.252mm。

（3）在试验温度为70℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为16.961～17.230mm，平均值为16.963mm；DS 值范围为316.00～336.10 次/mm，平均值为327.20次/mm；d60-d45 范围为1.874～1.994mm，平均值为1.927mm。

2. Superpave-13 SBS 改性沥青混合料车辙试验结果

在试验温度45℃、60℃、70℃条件下，Superpave-13 SBS 改性沥青混合料中三个试件所得结果如下：

（1）在试验温度为45℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为1.256～1.336mm，平均值为1.290mm；DS 值范围为6168～9852 次/mm，平均值为7698.3 次/mm；d60-d45 范围为0.065～0.103mm，平均值为0.085m。

（2）在试验温度为60℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为1.644～1.823mm，平均值为1.739mm；DS 值范围为4286～8402 次/mm，平均值为5739.4 次/mm；d60-d45 范围为0.075～0.147mm，平均值为0.120mm。

（3）在试验温度为70℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为3.347～3.681mm，平均值为3.515mm；DS 值范围为1994～2491 次/mm，平均值为2144.7 次/mm；d60-d45 范围为0.316～0.323mm，平均值为0.319mm。

3. SMA-13 SBS 改性沥青混合料车辙试验结果

在试验温度45℃、60℃、70℃条件下，SMA-13 SBS 改性沥青混合料中三个试件所得结果如下：

（1）在试验温度为45℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为1.366～1.464mm，平均值为1.410mm；DS 值范围为7875.8～9844.0 次/mm，平 均 值 为8598.9次/mm；d60-d45 范围为0.064～0.080mm，平均值为0.074m。

（2）在试验温度为60℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为1.583～1.712mm，平均值为1.646mm；DS 值范围为5000～9000 次/mm，平均值为6949.3 次/mm；d60-d45 范围为0.070～0.126mm，平均值为0.096mm。

（3）在试验温度为70℃的条件下，所得试验结果如下：车辙深度范围为2.435 ～3.322mm，平均值为2.962mm；DS 值范围为2715.5～3795.1 次/mm，平均值为3095.3次/mm；d60-d45 范 围 为0.166～0.232mm，平均值为0.208mm。

表1 沥青混合料车辙试验具体条件

二、沥青混合料级配对车辙各项参数的影响

在沥青混合料高温稳定性评价中，不同因素对其影响有所不同。本文通过对比分析不同沥青混合料级配条件下对车辙数据的影响情况进行探讨。

1.在试验温度为45℃条件下，相比Superpave-13 改性沥青混合料，SMA-13 改性沥青混合料的各项参数指标中车辙深度为其1.09 倍，DS 值 为 其1.12 倍，d60-d45 值 为其0.87 倍。

2.试验温度为60℃条件下，相比Superpave-13 改性沥青混合料，SMA-13 改性沥青混合料的各项参数指标中d60-d45 值为其0.8 倍，车辙深度为其0.95 倍，DS 值为其1.21 倍。

3.在试验温度为70℃条件下，相比Superpave-13 改性沥青混合料，SMA-13 改性沥青混合料的各项参数指标中车辙深度为其0.84 倍，DS 值 为 其1.44 倍，d60-d45 值 为其0.65 倍。

由此可见，在温度变化过程中，SMA-13 改性沥青混合料的稳定性更好。

三、沥青类型对车辙各项参数的影响

沥青混合料用于抵抗外部压力的能力主要来自沥青粘度、混合料集料之间的摩阻力。于沥青混合料抗车辙性能而言，沥青粘度具有较大影响。据安德拉得相关理论研究可知，粘度和温度关系密切，随着温度升高，沥青粘度将随之降低，两者为负相关。此外，粘度与材料状态的活化能也存在一定关联性，随着活化能增长，粘度也将随之增加，与此同时，随着温度升高，活化能将随之下降。因此，沥青类型不同，在温度不同的条件下，沥青混合料的车辙发展情况也会存在一定区别。

在此因素分析中，研究对比对象为Superpave-13 基质沥青混合料和Superpave-13改性沥青混合料，在不同试验温度条件下，图1、图2 为上述两类沥青混合料的车辙深度、DS 值变化情况。

由此可见，随着温度升高，两种沥青混合料车辙深度均有所增加。其中基质沥青混合料车辙深度更大。在60℃时，基质沥青混合料车辙深度增加明显，且呈现出快速发展趋势。相比之下，在70℃时，改性沥青混合料才开始出现明显变化。说明，在高温条件下，改性沥青混合料的高温稳定性更好。

由图2 可知，不同温度条件下，基质沥青混合料的DS 值也有所不同，呈逐步下降趋势。60℃条件下，45℃条件下的DS 值为其4.02 倍；70℃条件下，60℃条件下的DS值为其1.58 倍。改性沥青混合料DS 值同样呈下降趋势，其中60℃条件下，45℃条件下的DS 值为其1.34 倍；70℃条件下，60℃条件下DS 值为其2.68 倍。相比之下，基质沥青混合料DS 值变化是从60℃开始，且变化显著。而改性沥青混合料DS 值则是从70℃开始明显变化，相比之下，改性沥青混合料高温稳定性更好。

图1 不同温度下两类沥青混合料的车辙深度变化（mm）

图2 不同温度下两类沥青混合料的DS 值变化（单位：次/mm）

四、浸水车辙试验下沥青混合料车辙各类指标变化

夏季高温炎热，将会引发沥青路面车辙病害，在温度的作用下，沥青混合料刚度将随之下降，同时也会大大减弱沥青混合料的抗车辙能力。在我国南北方很多地区均存在雨热同期现象，若在“高温+雨水”共同作用下，产生车辙的可能性将会更大。基于此，本文提出了浸水车辙试验方案，通过此试验了解不同温度下沥青混合料的各类性能变化情况。本试验研究对象为Superpave-13 改性沥青混合料，分别对比45℃、60℃浸水与非浸水条件下的情况。试验中同样选择3 个试件进行分析，测定内容为车辙深度与DS值，试验结果如下：

1. 45℃条件下，3 个试件非浸水车辙深度平均值为1.290mm，浸水车辙深度平均值为1.461mm；非浸水DS 值平均值为7698.3 次/mm，浸水DS 值平均值为7723.3 次/mm。

2. 60℃条件下，3 个试件非浸水车辙深度平均值为1.739mm，浸水车辙深度平均值为2.856 mm；非浸水DS 值平均值为5739.4 次/mm，浸水DS 值平均值为2657.7次/mm。

由此可见，在45 ℃条件下，车辙深度和DS 值方面，浸水与非浸水状态下Superpave-13 改性沥青混合料的试验结果差别较小。但是60℃条件下，浸水和非浸水状态下，Superpave-13 改性沥青混合料的试验结果变化明显，说明随着温度升高，在高温和水的共同作用下，将进一步加剧沥青混合料车辙病害程度。

五、结束语

综上所述，通过对不同因素在沥青混合料高温稳定性评价中的影响研究，可得以下结论：

（1）在温度变化过程中，相比Superpave-13 改性沥青混合料，SMA-13 改性沥青混合料的稳定性更好。

（2）在沥青混合料高温性能分析中，沥青粘度、高温环境均会产生不同程度的影响，其中沥青粘度影响较大。沥青类型不同，相比基质沥青，改性沥青混合料高温稳定性更好。

（3）当温度偏低的情况下，于沥青混合料车辙产生而言，水的影响作用不大，若温度升高，在高温和水的共同作用下，将进一步加剧沥青混合料车辙病害程度。说明伴随温度变化，水对沥青混合料的高温稳定性影响程度也将发生改变，高温作用下，影响程度更高。