市政道路PE改性沥青混合料路用性能分析研究

陈江伟,张中新,胡 健,周 贤

(中国建筑第七工程有限公司,河南 郑州 450000)

随着我国经济社会的不断发展,人们逐渐将车辆作为主要代步工具,代替传统的步行方式,因此,针对各个地区进行市政道路的修补与扩建与日俱增。市政道路进行修建过程中,沥青混合料是主要材料。研究表明,该材料易受环境的影响造成市政道路出现不同程度的损害,延长路面的使用寿命是当下亟待解决的问题。为此,众多学者针对路面的结构、材料等方面进行研究,通过研究发现,将PE改性剂掺入沥青混合料中可有效解决该问题,但掺量过多可削弱材料的稳定性,基于此,本文针对改性剂的掺量进行主要研究。

1 PE改性沥青混合料的配比设计

1.1 材料选择

沥青混合料主要由矿料和沥青结合料通过拌和程序,最终形成一种内部不完全均匀的材料。针对沥青混合料进行配比设计过程中,选择PE改性沥青作为主要原材料,而集料主要采用石灰岩,级配选用AC-16。混合料的各项指标均在正常范围内[1]。

1.2 再生方案设计

为促进PE改性沥青混合料的再生,针对老化后的混合料设计出再生方案：在旧料的基础上掺入新料,向拌和好的材料中加入再生剂,使其恢复到规范所规定的下限值。该方案中采用的旧料为长期老化后的混合料,再生剂为OP-1100（其比例占旧沥青质量的20%左右）,新混合料为道路A级70号沥青混合料,针对新混合料和旧混合料进行配比过程中,其质量的比值为15：85,而再生剂与旧沥青混合料的质量比为1：100,AC-16级配曲线如图1所示[2]。

图1 AC-16级配曲线Fig. 1 AC-16 grading curve

2 PE改性沥青性能试验研究

在改性沥青性能试验过程中主要选取5种不同掺量的PE改性剂,并将PE改性剂掺入基质沥青中,而PE改性剂的掺量分别为0%、1.5%、3%、4.5%、6%。可通过针入度、软化点、黏度等指标进行研究,在材料选择方面,PE改性剂材料型号为PEⅢ-B,而沥青将选用普通的70#基质沥青,70#基质沥青性能技术指标见表1[3]。

表1 70#基质沥青性能技术指标Table 1 Technical indexes of matrix asphalt 70 #

PE改性沥青制备过程：首先将基质沥青在120℃的烘箱中进行加热,将加热完毕的基质沥青倒入高速剪切仪器中进行剪切搅拌,在其中加入PE改性剂,使其形成PE改性沥青,改性沥青制备完成后,将其置于135℃的烘箱中静置30min。针对PE改性的沥青性能进行相关测试,测试结果见表2[4]。

表2 PE改性沥青性能测试结果Table 2 Test results of PE modified asphalt performance

从表2中的测试结果可观察到,改性沥青的性能随PE改性剂掺量的变化而变化,PE改性沥青技术指标随PE改性剂掺量变化规律如图2所示。

图2 PE改性沥青技术指标随参量变化规律Fig.2 The technical indicators of PE modifi ed asphalt change with the parameters

由图2中可看出,随着改性剂的不断增长,软化点和黏度也处于不断增长状态,但在PE改性剂过量的情况下,可造成沥青混合料的性能提升速率减慢。通过研究发现,PE改性沥青的制备方法为湿法,而路面在施工过程中主要应用直投式干法,与实际情况存在较大差异。为此,针对PE改性剂加入沥青混合料中,对于沥青混合料性能产生的影响进一步分析[5]。

3 PE改性沥青混合料路用性能分析

3.1 高温稳定性

传统沥青混合料的油脂组分易在高温环境下发生变形和迁移,造成沥青混合料内部结构出现不稳定现象,该现象可直接使路面出现车辙、泛油等情况的发生。为此,本文针对PE改性沥青混合料的性能进行深入研究,试验结果显示,随着改性剂掺量的逐渐增加,沥青混合料的总变形与改性剂掺量呈反比变化。通过分析可知,改性剂对于沥青混合料的高温稳定性具有控制作用,但并非高温稳定性越高,该材料的性能就越好,应结合多方面指标共同考量,总变形-PE改性剂掺量如图3所示[6]。

图3 总变形-PE改性剂掺量变化曲线Fig.3 Total deformation-PE modifier content change curve

3.2 水稳定性

通过沥青混合料的水稳定性程度,可判断出沥青混合料在水损伤的情况下,性能是否随着水稳定性的受损而出现结构改变,以此判断该材料的优劣,其中水损伤主要包括雨水的冲刷浸润、低温环境下造成的冻融现象等情况。采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行研究,试验结果表明,该材料具有良好的水稳定性,但是若改性剂出现过量情况,可造成材料的稳定性处于不平衡状态[7]。

3.3 低温抗裂性

通过研究表明,沥青混合料在外界温度强烈刺激下,可造成材料自身的拉伸强度小于温度应力,从而导致沥青混合料出现裂缝。采用小梁低温弯曲试验针对沥青混合料的低温抗裂性进行研究,试验结果表明改性剂可有效增强材料的抗开裂能力,其根本原因是PE改性剂内的弹性组分与沥青混合料充分融合后,可抵挡沥青混合料在低温状态下出现变形,并且在一定程度上可提升该材料的路用性能,但PE改性剂的掺量应严格把控,防止改性剂过多而削弱材料的性能。

3.4 PE改性剂无量纲化掺量比选

通过上述研究表明,PE改性剂可有效弥补沥青混合料存在的缺陷,但改性剂的掺量过多时,可削弱材料的性能。针对PE改性剂进行无量纲化评价模型建立,无量纲化PE改性剂掺量优选见表3[8]。

表3 无量纲化PE改性剂掺量优选Table 3 The dosage of no dimensioned PE modifier is preferred

为针对无量纲化评价模型中存在的技术指标进行排列,将其赋予一定权重,动稳定度、残留稳定度、熔融劈裂强度比、破坏应变的权重幅值分别是1/3、1/6、1/6、1/3,将权重幅值与权重进行成绩计算,并结合市政道路的实际施工状况,最终将PE改性剂的掺量定为4.5%,该掺量下的改性剂可有效保证沥青混合料的基本性能,可将其应用于实际施工。

4 结束语

PE改性剂属于一种低成本、高性能的路面材料添加剂。通过研究表明,PE改性剂可有效弥补沥青混合料存在的缺陷问题,并具有一定改善作用,但PE改性剂掺量超出阈值,可削弱材料的稳定性,通过计算和试验,最终将改性剂的掺量定为4.5%,该掺量下的材料具有较长的使用寿命,可应用于路面施工建设中。