AC-20型SEAM沥青混合料抗疲劳性能对比研究

北京交通职业技术学院，北京 102200

SEAM是Sulphur-extended Asphalt Modifier的缩写，是一种硫黄沥青改性剂，常温下为半球状黑褐色固体颗粒，可以同石料一样储存与运输。SEAM可以根据需要替代高达40%的沥青，进而节省材料资源，改善沥青混合料的路用性能，尤其是显著提高其高温抗车辙能力。但是多数研究与应用只注重了SEAM沥青混合料优良的高温抗车辙性能，而忽略了对SEAM沥青混合料其他路用性能进行改善，特别是对SEAM沥青混合料抗疲劳性能的相关研究较少，需要深入研究。文章采用控制应力简支梁弯曲疲劳试验法，通过在PLS-100kN微机控制电液伺服疲劳试验机上进行应力控制的简支梁弯曲疲劳试验，进行AC-20型SEAM沥青混合料与普通沥青混合料疲劳性能的对比，以此评价SEAM沥青混合料的抗疲劳性能。

1 AC-20型SEAM改性沥青混合料疲劳试验准备

通过使用控制应力的弯曲疲劳试验机对AC-20型SEAM改性沥青混合料进行抗疲劳性能指标的试验，确定AC-20型SEAM改性沥青混合料的抗疲劳性能实际指标。试验前要做好相应的准备工作。

1.1 原材料

（1）沥青。采用壳牌70＃（Pen60/80）沥青，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ F40—2004）（以下简称《技术规范》）要求的性能指标检测针入度（25℃，100g，5s）、针入度指数PI、延度（5cm/min，10℃）、软化点（环球法）、动力黏度（60℃）、闪点、溶解度、15℃密度和TFOT后残留物项目，性能指标均符合规范要求。

（2）矿料。此次试验粗集料使用的碎石为石灰岩，细集料使用的机制砂也为石灰岩，通过集料的性能试验测定，所使用的集料性能均能满足规范规定。

（3）改性剂SEAM。常温下为半球状黑褐色固体颗粒，SEAM既作为沥青改性剂又作为沥青添加剂。

1.2 沥青混合料的配合比

对AC-20型SEAM改性沥青混合料进行相应的配合比试验，以取得沥青混合料中粗细矿料的使用比例和混合料的最佳油石比。

（1）矿料级配。通过使用马歇尔试验的方法，按照《技术规范》的要求，最终得到AC-20型SEAM改性沥青混合料的矿料用量比例，即20～30mm碎石为7%、10～20mm碎石为42%、5～10mm碎石为18%、机制砂为38%。

（2）最佳油石比。依据《技术规范》规定，最终测定AC-20型沥青混合料的最佳油石比为4.5%。

通过替代公式确定的SEAM结合料用量为5.12%，其中SEAM用量为2.05%，沥青用量为3.07%。替代公式如下：

2 AC-20型SEAM改性沥青混合料疲劳试验方法

文章采用小梁弯曲疲劳试验对不同结合料的AC-20型沥青混合料抗疲劳性能进行评价，试验设备为PLS-100kN微机控制电液伺服疲劳试验机。

（1）试件尺寸。采用沥青混合料车辙仪制作规格为300mm×300mm×50mm的沥青混合料试件，使用切割机朝着车辙仪碾压试件的方向将试件切割为220mm×50mm×50mm的符合疲劳试验的试件。

（2）试验条件。试验温度为15℃，加载频率为10Hz，跨径为20cm，应力水平根据实验过程中疲劳作用次数的大小采取0.2～0.6或0.3～0.7，采用应力控制三点弯曲试验，每个应力水平采用3根小梁进行平行试验，根据不同应力比下的疲劳破坏数据，绘制加载次数和变形曲线。

2.1 静载下试件破坏强度试验

在疲劳试验前，用疲劳试验机对成型的SEAM改性沥青混合料小梁进行弯拉强度试验，每个级配类型分别采用3根小梁进行平行试验，小梁试件以完全断裂为破坏标志。

AC-20型沥青混合料小梁疲劳弯曲强度结果如下：（1）Pen60/80沥青混合料平均破坏荷载为2.18kN，抗弯拉强度为5.232MPa；（2）SEAM Pen60/80沥青混合料平均破坏荷载为2.48kN，抗弯拉强度为5.952MPa。

2.2 动载下试件疲劳试验

对AC-20型沥青混合料小梁进行动载疲劳试验，当220mm×50mm×50mm的试件全部断开后，标志着试件完全破坏，此时记录破坏荷载的作用次数。AC-20型沥青混合料小梁弯曲疲劳试验结果如表1所示，其小梁疲劳弯曲疲劳方程如表2所示。

表1 AC-20型沥青混合料小梁弯曲疲劳试验结果表

表2 AC-20型沥青混合料小梁弯曲疲劳方程及相关参数

根据表2中的相关数据，绘制AC-20型SEAM改性沥青混合料的疲劳曲线图，如图1、图2所示。

图1 AC-20型Pen60/80沥青混合料对数坐标回归疲劳方程曲线

图2 AC-20型SEAM Pen60/80沥青混合料对数坐标回归疲劳方程曲线

3 结论

通过运用控制应力简支梁弯曲疲劳试验法，对SEAM沥青混合料与基质沥青混合料抗疲劳性能进行对比研究，得出如下结论：

（1）AC-20型SEAM改性沥青混合料与AC-20型普通沥青混合料相比，在应力比相同的情况下，具有更多的疲劳作用次数。

（2）AC-20型SEAM改性沥青混合料抗疲劳性能略高于AC-20型普通沥青混合料。

（3）AC-20型SEAM改性沥青混合料的疲劳次数服从疲劳试验的标准疲劳方程模式。