路桥工程沥青混合料试验检测的有效方法

安建鑫 李哲 黄燕

摘 要：为了改善路桥工程沥青混合料的使用性能，本文提出把地聚合物作为一种新型沥青改性剂掺加到沥青混合料中，并通过试验检测的方式，对掺加地聚合物的沥青混合料的高温性能、水稳定性及低温性能进行评定，以优化沥青混合料，延长工程使用寿命。

关键词：路桥工程;沥青混合料;高温性能;地聚合物

中图分类号：U415;U445 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）32-0104-03

Effective Test Method of Asphalt Mixture in Road and Bridge Engineering

AN Jianxin LI Zhe HUANG Yan

（Xuchang Huasheng Highway Engineering Testing Co.， Ltd.， Xuchang Henan 461000）

Abstract： In order to improve the service performance of asphalt mixture for road and bridge engineering， geopolymer is proposed to be added to asphalt mixture as a new asphalt modifier， and the high-temperature performance， water stability and low-temperature performance of asphalt mixture mixed with geopolymer are evaluated through test， so as to improve the asphalt mixture and prolong the service life of the project.

Keywords： road and bridge engineering;asphalt mixture;high temperature performance;geopolymer

沥青路面具有行车舒适、稳定性好、便于养护等优势，在我国路桥工程中应用十分广泛。然而，在行车荷载和恶劣的自然环境下，传统的沥青路面已不堪重负。在通车运营1～2年后，很多沥青路面会出现早期病害，尤其是裂缝问题，无疑会增加行车风险。为了解决这一问题，需要采取切实可行的措施提高工程质量，改善沥青混合料的质量。目前，我国路桥工程多采用SBS类的有机聚合物改性沥青材料，但此类材料存在一定缺陷，如储存稳定性不好、易出现离析现象等，变相地增加了工程成本[1-2]。相比之下，地聚合物不仅性能优良，而且适用性强，是一种价格较低的胶凝材料，应用前景广阔[3-5]。为此，本文针对路桥工程掺加地聚合物沥青混合料的性能进行试验检测与评价分析。

1 试验方案及材料分析

1.1 试验原材料

1.1.1 沥青。根据规定要求，选取70#基质沥青、3%掺地聚合物改性沥青、5%掺地聚合物改性沥青、7%掺地聚合物改性沥青及9%掺地聚合物改性沥青共5种不同配比的材料进行对比分析，要求选取的沥青材料各项技术指标均满足规定要求。

1.1.2 集料。本研究选取辉绿岩集料，对其各项原材料进行试验检测，确定其符合技术要求。

1.1.3 矿粉。本研究选取石灰石矿粉，其表观密度、外观、含水量及亲水系数等各项指标均要满足规定要求。

1.2 沥青混合料配合比設计

为了确定地聚合物改性沥青混合料的性能，需要在试验前先制备混合料试件。所需的试件有3类，具体如表1所示。

在沥青混合料中，骨架结构为粗集料。为了填充骨架间的空隙，需要掺加一定量的细集料、矿粉。沥青材料在混合料中主要起到黏结的作用。因此，为了确保沥青混合料的质量，需要保障矿料级配合理，同时要确定沥青混合料的最佳油石比。具体来说，可采取马歇尔法确定沥青混合料的最佳油石比，沥青混合料采取湿法进行拌和处理。根据以往施工经验，设置5组马歇尔试件，油石比范围为4.2%～5.4%，油石比间隔以0.3%为准，每组试件不少于4个。在马歇尔试验中，选定基质沥青为最佳油石比，按照马歇尔试件规定要求，确定具体尺寸，并对每个试件的两面进行击实，击实次数均为75次。在室温条件下，冷却24 h以上，而后测定沥青混合料的各项指标，最终得出最佳油石比为4.9%。

1.3 确定试验方案

按照试验要求，需要确定沥青混合料的各项性能。试验检测的重点在于高温性能、水稳定性和低温性能，可利用车辙试验确定沥青混合料的高温稳定性，利用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验确定沥青混合料的水稳定性，利用低温弯曲试验确定沥青混合料的低温抗裂性能。

2 路桥工程沥青混合料试验检测分析

2.1 高温稳定性检测

高温稳定性是沥青混合料试验检测的重点之一，是指在高温环境下沥青路面抵抗车辙荷载的性能。通过检测沥青混合料的高温稳定性，可以详细地了解沥青路面的使用性能，确保路面满足规定要求。沥青混合料属于一种黏弹性材料。在高温条件下，沥青混合料的黏性流动较强，会出现变软的现象，因而沥青路面在车辆碾压作用下极易出现车辙问题，对路桥面的使用性能影响较大，甚至会加大行车危险性。为了检验改性沥青混合料的高温性能，本研究采取混合料高温车辙试验进行测定。根据试验要求，对4种不同掺量的地聚合物改性沥青混合料和基质沥青混合料进行对比分析。试验过程中，试验参数如下：试验温度为60 ℃，荷载轮压为0.7 MPa，试验测定45 min、60 min两个时间的变形量，试件各3个，确定动稳定度范围、平均值及变异系数。试验结果如表2所示。

按照现行标准要求，基质沥青的动稳定度技术指标为不少于1 000次/mm，可见70#基质沥青满足规定要求;地聚合物改性沥青的动稳定度技术指标为不少于3 200次/mm。由表2可知，4类地聚合物改性沥青均满足该要求。同时，通过对比分析，得出如下结论。

第一，与70#基质沥青相比，地聚合物改性沥青混合料的动稳定度提升幅度较大。由此得出，基质沥青混合料内掺加一定量地聚合物，可以提高基质混合料的高温稳定性。究其原因，主要有两点：一是地聚合物自身的耐高温性能良好，沥青混合料内掺加一定量地聚合物，可以明显提高沥青的高温性能;二是沥青改性后，黏附性能有所改善，同样可以提升沥青混合料的高温稳定性。

第二，当地聚合物掺量不断增加时，沥青混合料的动稳定度会随之提高。当掺加量达到9%时，与基质沥青混合料相比，改性沥青混合料的动稳定度约是它的2倍。需要注意，当地聚合物掺量在5%以上时，沥青混合料的动稳定度增长幅度在逐渐下降。

第三，沥青混合料掺加地聚合物后，混合料的动稳定度变异系数有所下降。当掺量为5%时，其变异系数明显小于掺量7%时。可见，随着地聚合物掺量的改变，沥青混合料的动稳定度变异系数并没有明显的变化规律。但与基质沥青混合料相比，地聚合物改性沥青混合料的高温稳定性更好。究其原因，沥青内地聚合物均匀分散的情况，可以均匀提升改性沥青混合料的高温稳定性，使其更加稳定。

2.2 水稳定性检测分析

在沥青混合料水稳定性检测中，本研究选择两个评价指标：残留稳定度和冻融劈裂强度比。根据试验要求，同样以70#基质沥青混合料和4类地聚合物掺量沥青混合料进行对比研究。

2.2.1 浸水马歇尔试验。根据4.9%最佳油石比确定马歇尔试件，每种沥青混合料均成型2组试件，在60 ℃恒温水浴内浸泡全部试件，第一组和第二组放置时间分别为30 min和48 h。完成浸泡后，便可进行稳定度值测定，同时进行残留稳定度计算，从而获取沥青混合料的水稳定性。结果显示：70#基质沥青的残留稳定度为86%，3%地聚合物改性沥青的残留稳定度为91%，5%地聚合物改性沥青的残留稳定度为94%，7%地聚合物改性沥青的残留稳定度为95%，9%地聚合物改性沥青的残留稳定度为96%。由此可见，地聚合物改性沥青混合料的残留稳定度均在90%以上，且均在70#基质沥青混合料的残留稳定度以上。这说明沥青混合料内掺入一定量地聚合物，可以提高混合料的抗水损坏能力。究其原因，在于掺加地聚合物后，改性沥青混合料具有良好的黏附性能，且抗剥落能力明显增强。

2.2.2 冻融劈裂试验。对基质沥青和地聚合物改性沥青混合料进行对比分析，共做两组试件（一组为冻融循环组，另一组为对照组），由此进行冻融劈裂试验，获取沥青混合料的劈裂抗拉强度及冻融劈裂抗拉强度比（Tensile Strength Ratio，TSR）。试验结果如表3所示。

根据现行规范标准，要求基质沥青的劈裂抗拉强度比不小于75%。本试验中，70#基质沥青的劈裂抗拉强度比为82.02%，满足要求;地聚合物改性沥青的劈裂抗拉强度比指标为不小于80%。本试验中，4种不同掺量的地聚合物改性沥青混合料的劈裂抗拉强度均在80%以上，满足规定要求。

同时，与基质沥青混合料相比，地聚合物改性沥青混合料的劈裂抗拉强度比明显较大，表明地聚合物掺加沥青混合料内，可以增强混合料的水稳定性。除此之外，由试验结果可知，当地聚合物掺量在5%以上时，混合料的劈裂抗拉强度比变化逐渐变小，说明地聚合物掺量在5%的情况下，沥青混合料水稳定性能具有良好的提升效果。

2.3 低温性能检测分析

在路桥工程中，低温开裂是一种十分普遍的病害形式。裂缝过多会对路桥通行的舒适性和安全性造成極大影响。当前，路桥面低温性能检测方法较多，如弯曲法、切口小梁弯曲法及直接拉伸法等。本文采用低温弯曲试验测定地聚合物改性沥青混合料的低温抗裂性能，评价指标为最大弯拉应变和弯曲劲度模量。

试验过程中，采用小梁试件，试验尺寸符合规定要求，并确定支座支点间距、加载速率及试验温度等试验参数。试验所得结果如表4所示。

由表4可知，在沥青混合料低温性能检测中，70#基质沥青混合料的最大弯拉应变值大于4种不同掺量的地聚合物改性沥青混合料的最大弯拉应变值。随着地聚合物掺量不断增加，混合料的最大弯拉应变值不断下降，尤其是地聚合物掺量达到9%时，最大弯拉应变降为3 050 με，与基质沥青混合料相比，降低了25%左右。通常来讲，低温条件下混合料的柔韧性可由最大弯拉应变值表示，即沥青混合料的弯拉应变值越大，说明沥青混合料具有越高的柔韧性，具有越好的低温抗裂性能。这也说明当沥青混合料内掺加一定量的地聚合物后，混合料的低温性能会有所下降，原因在于地聚合物具有较高的界面结合强度，若界面结合强度较高，容易造成材料脆性破坏，导致改性沥青混合料开裂。

3 结语

沥青路面是最常见的一种路面形式，在路桥工程中应用较为广泛。然而在行车荷载和自然因素的反复作用下，沥青路面开裂，坑槽、车辙等病害层出不穷。为了提高行车舒适性和安全性，在沥青混合料中掺加改性剂成为一种理想的改良方式。改性沥青混合料的应用不仅可以改善沥青混合料的路用性能，而且能进一步提升工程质量。

参考文献：

[1]宋玲玉.浅谈路桥工程沥青混合料试验检测有效方法[J].百科论坛电子杂志，2020（8）：1095.

[2]有名杰.公路工程沥青路面施工现场试验检测技术探析[J].城镇建设，2020（1）：174.

[3]潘献珍.公路工程沥青路面施工现场试验检测技术探析[J].建材发展导向，2020（2）：227.

[4]王笑.公路工程沥青路面施工现场试验检测技术探析[J].商品与质量，2019（34）：74.

[5]李燕萍.试论沥青路面施工工程试验检测中存在的问题及其解决措施[J].建筑工程技术与设计，2016（10）：758.