蒙脱土对沥青混合料路用性能的影响研究

叶 真

（山西职业技术学院，山西 太原 030006）

为克服路面材料受到光照、雨水、氧气以及荷载等综合作用致使路面材料性能严重衰减的问题，聚合物改性沥青材料越来越多地运用到路面中[1]。相比于普通沥青混合料路面性能，聚合物改性沥青路面能够承受更重的荷载，具有更好的高温稳定性能，很大程度上提高了沥青路面的质量。虽然聚合物改性沥青能够很大程度上提高沥青混合料的各方面性能，但也存在许多不足之处：聚合物材料比较昂贵，易老化，易离析[2-3]，这些都极大地限制了聚合物改性沥青的应用范围。而非聚合物改性沥青例如硅藻土、蒙脱土改性沥青越来越得到学者们的关注[4]。目前，很多学者已经开始了蒙脱土改性沥青的研究。比如长安大学的吁新华[5]，研究了蒙脱土改性沥青混合料施工技术；武汉理工大学的李斌[6]研究了蒙脱土的改性机理等。但对不同基质沥青的改性效果以及蒙脱土掺量对沥青混合料影响的相关研究较少。为对蒙脱土改性沥青路面提供较优的改性材料使用方案，结合国内3种常用的基质沥青，分别采用浸水Marshall试验、车辙试验和疲劳试验等室内试验确定蒙脱土掺量对沥青混合料性能的影响，为工程应用提供参考。

1 原材料

1.1 蒙脱土

蒙脱土为主要非聚合物改性剂，其主要检测指标结果见表1。

表1 蒙脱土检测指标

1.2 基质沥青

研究采用的3种基质沥青分别为70号、90号和110号，均为A级基质沥青。相应的技术指标分别见表2 ～表4。

表2 70号A级基质沥青检测结果

表3 90号A级基质沥青检测结果

表4 110号A级基质沥青检测结果

1.3 集料与矿粉

表5为集料和矿粉技术性能检测结果表。表6为采用的级配。

表5 集料与矿粉检测结果

表6 AC-20C集料级配

2 试验方案

2.1 制备蒙脱土改性沥青

本试验采用的沥青材料为国内常用的70号、90号和110号A级道路石油沥青。将基质沥青放入160℃的烘箱中加热40 min，至流动状态，然后将试验比例的蒙脱土材料放入沥青中。机械搅拌约15 min，然后用高速剪切机，以4 000 r/min的速度剪切20 min，随后将高速剪切后的沥青放进超声波分散仪下，进行时间约为25 min的超声波震荡融合，最后制得蒙脱土改性沥青。

2.2 制备蒙脱土改性沥青混合料试件及测试

油石比统一采用经验值5.1%。为了研究蒙脱土掺量对沥青混合料利用性能的影响，结合规范要求[7]，需要进行浸水Marshall试验、车辙试验和疲劳试验等室内试验，分别以蒙脱土改性沥青混合料试件的残留稳定度、动稳定度和疲劳寿命作为评价指标。具体试验方案流程见图1。

图1 方案流程图

3 试验结果及分析

3.1 水稳定性试验结果与分析

按照规范[7]要求，进行浸水Marshall试验测试试件的稳定度，对比研究蒙脱土改性材料在不同添加剂量条件下，对3种基质沥青混合料的水稳定性能作用效果。试验结果如表7所示。

由表7可得，不同类型的试件残留稳定度，都符合规范要求（大于等于85%）。经蒙脱土改性的试件，其残留稳定度均有不同程度的提高，说明蒙脱土改性材料可以促进基质沥青试件的水稳定性。添加蒙脱土70号沥青混合料，在掺量从3%增加到4%时，其残留稳定度增长率从3.0%减少到0.1%，后续掺量的继续增加并不会使残留稳定度显著提高，由此可见较佳掺量宜为3%；添加蒙脱土90号沥青混合料，在添加剂量由4%增加到5%时，其残留稳定度增长率由2.4%减少到0.1%，可见最佳掺量为4%时；添加蒙脱土的110号沥青混合料，在添加剂量从3%增加到4%时，其残留稳定度增长率从2.7%下降到0.2%，可见最佳掺量为3%时。

总体而言，不同类型的沥青混合料试件的残留稳定度与蒙脱土掺量上呈现出正相关关系，在达到一定剂量时，其试件的残留稳定度提升速率突然下降，即蒙脱土对上述沥青混合料水稳定性能的改善存在较佳掺量。

3.2 高温稳定性试验结果与分析

通过车辙试验对比研究在不同添加剂量条件下，蒙脱土对3种基质沥青混合料试件的动稳定度影响效果。动稳定度检测结果如表8所示。

表8 试件动稳定度试验结果

由表8可知，不同类型的沥青混合料试件的动稳定度都可以满足规范要求（大于等于800次/mm）。添加蒙脱土70号沥青混合料，在掺量由4%增加到5%时，其动稳定度增长率由7.7%减少到接近于0，所以70号沥青混合料蒙脱土添加剂量为4%时，其试件高温性能达到较优效果；添加蒙脱土90号沥青混合料，在掺量由3%增加到4%时，其动稳定度增长率由9.9%减少到接近于0，所以90号沥青混合料蒙脱土添加剂量为3%时，其试件高温性能达到较优效果；添加蒙脱土110号沥青混合料，在掺量由3%增加到4%时，其动稳定度增长率由14.2%减少到接近于0，所以110号沥青混合料蒙脱土添加剂量为3%时，其试件高温性能达到较优效果。

本试验所研究的3种蒙脱土改性沥青混合料试件的高温性能与蒙脱土掺量呈现出正相关关系，但在达到一定剂量时，其试件的动稳定度提升速率突然下降，即蒙脱土对上述沥青混合料动稳定度的改善亦存在较佳掺量。

3.3 抗疲劳性试验结果与分析

采用小梁弯曲疲劳试验，每组试验的平行试件为4个，有效试件的个数不能小于3个，取其均值作为最终结果。试验采用的应力比（疲劳应力/破坏强度）为0.4，采用四分点加载，试验温度为20℃。疲劳寿命（加载次数）如表9所示。

由表9可知，试件的疲劳寿命均有不同程度的提高，说明蒙脱土改性材料能够提高基质沥青混合料的抗疲劳特性。对于70号沥青混合料，在蒙脱土掺量为3%、4%时，其疲劳寿命增长率分别为14.4%、1.1%，可见在添加剂量为3%时，其抗疲劳性能达到较优效果。对于90号沥青混合料，在蒙脱土掺量为3%、4%时，其疲劳寿命增长率分别为18.7%、0.5%，可见在添加剂量为3%时，其抗疲劳性能达到较优效果。添加蒙脱土110号沥青混合料，在添加剂量为4%、5%时，其疲劳寿命增长率分别为13.3%、0.6%，可见掺量为4%时，其抗疲劳性能达到较优效果。

表9 试件抗疲劳试验结果

上述3种蒙脱土沥青混合料试件的抗疲劳性能均随着蒙脱土添加剂量的增加而升高。在达到一定剂量时，疲劳寿命提高速率突然放缓，即蒙脱土对上述沥青混合料抗疲劳性能的改善亦存在较佳掺量。

4 结语

a）适量的蒙脱土能够提高3种沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和抗疲劳特性。

b）蒙脱土对沥青混合料性能的提升存在较佳掺量。残留稳定度推荐的是添加4%蒙脱土的90号沥青混合料，达97.2%，其水稳定性能较优。添加4%蒙脱土的70号沥青混合料，其动稳定度为1 926次/mm，在3组沥青混合料中，其高温稳定性较优。疲劳寿命较佳的是添加4%蒙脱土的110号沥青混合料，抗疲劳性能相对最优。