摘 要:
为了评估稀浆封层沥青路面的路用性能,文章采用90# 基质沥青和SBR 改性剂,通过动稳定度、抗弯拉强度、渗水系数、粘结强度和抗滑摆值等试验,系统分析了稀浆封层及其改性剂的性能表现,研究结果表明,稀浆封层能够提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性和防水性能,尤其是SBR 改性剂的掺入,进一步增强了沥青混合料的路用性能,尤其在高温和低温条件下表现突出,尽管抗滑摆值有所下降,但仍满足规范要求,显示出较好的路用性能。
关键词:沥青路面;稀浆封层;SBR 改性沥青;路用性能
引言
随着交通量的增加和重载车辆的增多,沥青路面面临着严峻的使用挑战,特别是在高温、高压和潮湿环境下的车辙、裂缝和水损害问题日益突出。稀浆封层技术作为经济有效的路面养护措施,能够延长路面使用寿命,降低维护成本[1- 2]沥青网sinoasphalt.com。然而,基质沥青的性能在高温稳定性和低温抗裂性方面存在不足,限制了其应用效果。本研究通过对比分析基质沥青与稀浆封层沥青路面在路用性能上的表现,旨在探索提高沥青路面耐久性和安全性的有效方法。
1 原材料与级配设计
1.1 原材料
(1) 基质沥青
采用90#A 级基质沥青,具有优良的粘附性和抗裂性,添加SBR 改性剂,掺量控制在3%~5%,其技术性能见表1。
(2) 乳化剂
本研究选用的乳化剂为BC- 1 型慢裂快凝乳化剂,其特点是在施工过程中能够迅速破乳,确保沥青与集料的充分结合[3]。BC- 1 型乳化沥青的技术性能具体见表2。
(3) 集料和矿粉
稀浆封层的集料选择主要考虑其机械强度和耐久性[4],本研究集料选用石灰岩碎石,细集料主要由石英砂组成,矿粉采用石灰岩,两者的技术性能分别见表3 和表4。
1.2 级配设计及优化
在稀浆封层的矿料级配设计中,关键是确保集料的颗粒分布合理,以满足路面性能要求。对不同粒径的集料进行筛分,并调整各组分的比例,使通过率在各筛孔尺寸上均符合设计规范,并经过反复试验和调整优化,最终确定最佳级配。其中,细集料通过0.075mm 筛孔的比例为10%,粗集料通过4.75 mm 筛孔的比例为78%,以确保稀浆封层的稳定性和耐久性。
2 试验方案
本试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20- 2011)进行,按照设计的矿料级配和沥青用量,将集料、矿粉和乳化沥青混合均匀,确保各组分的充分混合,然后使用马歇尔试验机对混合料进行压实成型,制备9 组试件。成型后的试件放置于烘箱中保持60 ℃温度条件下烘干12 h,确保乳化沥青完全破乳并固化。高温稳定性试验采用动稳定度测试法,测试试件在高温条件下的抗车辙性能。低温抗裂性试验通过测量试件的抗弯拉强度和破坏荷载,评估其在低温环境下的耐久性。渗水性能试验通过渗水系数测试仪测量不同用水量条件下试件的渗水特性。粘结性能测试包括在不同温度下测量试件与基底的粘结强度,以评估粘层油对稀浆封层粘结性能的影响。抗滑性能测试通过抗滑摆值测试仪测量试件表面的摩擦系数,分析不同类型沥青稀浆封层的抗滑效果。
3 稀浆封层沥青路面的路用性能
3.1 高温稳定性能
高温稳定性通过动稳定度和相对变形进行评价。动稳定度使用动稳定度测试仪在60 ℃的高温条件下进行,通过加载装置施加持续荷载,测量试件的永久变形量,记录动稳定度;相对变形通过计算试件在特定加载次数下的永久变形百分比反映[5]。试验结果见表5。
由表5 可知,稀浆封层和改性剂的使用对沥青路面的高温稳定性有显著提升效果。稀浆封层试件的动稳定度较普通试件增加了约10%,而在加入SBR 改性剂后,动稳定度进一步增加至880 次/mm,相对变形显著减少至15%。这表明稀浆封层技术,特别是结合SBR 改性剂的应用,可以有效提高沥青路面的高温稳定性,减少高温条件下的永久变形量,增强路面的抗车辙能力。
3.2 低温抗裂性能
本研究低温抗裂性通过测量抗弯拉强度和破坏荷载来评估。抗弯拉强度测试采用三点弯曲试验法,在低温环境(- 10 ℃)下进行,通过加载装置逐步施加荷载,直至试件发生断裂。测试过程中记录最大荷载值(即破坏荷载)和试件的挠度变化,从而计算出抗弯拉强度[6]。试验结果如图1 所示。
由图1 可知,普通试件的破坏荷载范围为360N~680 N,抗弯拉强度范围为1.617 MPa~3.802MPa,表现出较大波动,说明其在低温条件下的抗裂性能较差;稀浆封层试件的破坏荷载范围提升至273N~800 N,抗弯拉强度提升至1.397 MPa~4.297MPa,但仍有较大波动;相比之下,稀浆封层+SBR 改性沥青试件的破坏荷载显著提高,范围在643 N~888 N 之间,且波动幅度较小,抗弯拉强度显著提高,稳定在3.152 MPa~4.568 MPa 之间,表现出良好的低温抗裂性能。
3.3 渗水性能
渗水系数通过渗水测试仪进行测量,采用恒定水压下的渗水量来评估试件的渗水特性。试验结果如图2 所示。
由图2 可知,随着用水量从6%增加到10%,渗水系数显著降低。在用水量为6%时,渗水系数范围较广,最高可达186 mL/min,而在用水量为8%时,渗水系数显著降低,大多集中在33~115 mL/min 之间。进一步增加到10%用水量时,渗水系数大幅减少至12~60 mL/min。这表明,较高的用水量有助于形成更致密的路面结构,从而显著改善防水性能,减少水分渗透。
3.4 粘结性能
采用剪切试验方法,将试件置于不同温度条件下,通过施加剪切力直至破坏,测量粘结强度。试验结果如表6 所示。
由表6 可知,粘结强度随着温度的升高显著降低。无粘层油试件的粘结强度在0 ℃时达到最高值4.02 MPa,到60 ℃时降至0.25MPa;而有粘层油的试件在相同温度范围内,粘结强度更高,从6.18 MPa降至0.76 MPa,这表明粘层油在高温条件下显著提升了粘结强度,有效防止了材料在高温下的滑移和剥离现象。
3.5 抗滑特性
抗滑摆值采用BPN 测试法进行,通过在试件表面施加标准力并测量摆锤滑行距离来评估表面摩擦特性。试验结果如图3 所示。
由图3 可知,基质沥青和改性沥青稀浆封层在抗滑性能上存在显著差异。基质沥青稀浆封层的抗滑摆值平均为58BPN,与普通试件相比,下降了约18%,这主要是由于其较低的表面粗糙度和较少的摩擦颗粒。而改性沥青稀浆封层,由于添加了聚合物改性剂,使得表面粗糙度增加,抗滑摆值平均为62BPN,与普通试件相比,抗滑性能下降幅度相对较小,约为13%,尽管两者下降幅度明显,但都在沥青路面抗滑性能规范要求范围内,仍能提供足够的路面摩擦力。
4 结论
综上,本研究通过高温稳定性、低温抗裂等试验,评估了稀浆封层沥青路面的路用性能,试验结果表明,稀浆封层沥青具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗渗水性、粘接性和抗滑性能。其中,稀浆封层+SBR 改性沥青混合料的路用性能尤为显著,增强了路面的抗车辙能力,在低温条件下能够提供更好的抗裂性。在防水和整体结构稳定性方面也具有一定的优势。整体而言,稀浆封层技术,特别是改性剂的使用,为提高沥青路面的耐久性和安全性提供了有效途径。
参考文献:
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[6]陈鹏飞.沥青路面稀浆封层养护技术应用研究[J].工程建设与设计,2024(12):126-128.
原创作者:李贵林,青海省育才公路勘察设计有限公司,青海西宁。