王鑫　周杰昕　胡天一　王凯　张勇博

摘 要：为了研究PB改性剂对沥青混合料高温抗车辙性能的影响，本文对常见的沥青混合料进行动态蠕变试验来评价沥青混合料高温性能。试验结果表明，PB改性剂可以有效地提高沥青混合料的抗永久变形能力，减缓蠕变变形的发展速度，从而提高沥青混合料的高温抗车辙性能。

关键词：复合改性沥青混合料 动态蠕变 高温性能

中图分类号：U4141 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0103-02

近20年来，我国的公路事业迅速发展，沥青路面的早期破坏甚至是结构性破坏，最突出的便是车辙病害。另一方面，废旧塑料垃圾势必加剧环境污染和生态破坏。已有研究表明，将废塑料作为改性剂加入沥青混合料中，能够大幅度增强其高温抗车辙性能和抵抗永久变形能力，但低温抗裂性能出现一定程度的下降。玄武岩纤维作为一种新型纤维，与其他纤维相比，具有力学性能优异、工作温度范围大、化学稳定性好等突出优势，已被许多学者证明它的加入可以很好地提高沥青混合料低温抗裂性和抗疲劳性能。因此，利用废旧塑料和玄武岩纤维的特点改善沥青路面性能，对我国道路工程的发展具有十分重要的意义，同时也能在一定程度上缓解废旧塑料的污染问题。

我国同济大学交通运输道路与铁道工程系的魏密[1]于2003年用旋轉压实机（SGC）去成型试件，然后选择先进的材料系统（MTS）对试件进行单轴静载蠕变试验，在试验过程中得出在荷载作用下的沥青混合料变形一时间的蠕变变形曲线。王随原[2]于2006年分别对基质、SBS改性这两种类型沥青混合料进行了单轴静载蠕变试验，从该试验结果得出，蠕变试验的蠕变柔量曲线可以用Burgers模型更好地去模拟，而且对于SBS改性沥青混合料具有较好热稳定性的原因，可以运用粘弹性这一理论得到很好的解释。部分学者[3-5]通过对比试验得出：诸如动稳定度、单轴蠕变试验的劲度模量、车辙试验的相对变形以及SHRP高温性能的评价方法其基本变化规律基本是相同的。

1 原材料性能与马歇尔试验

1.1 原材料性能

本文采用70#道路石油沥青，粗集料为镇江石灰岩，矿粉为磨细的镇江石灰岩，各项均满足规范要求。由于原有城市公交专用车道路面上面层采用SBS改性沥青混合料，因此，本研究对使用基质沥青的沥青混合料直接改性与SBS改性沥青混合料进行对比分析。复合增强型路用改性剂PB主要是用于改善沥青混合料各项路用性能的综合改性剂，它对于沥青混合料的高温稳定性提升效果显著。PB改性剂表面呈无色透明内部呈棕色金属光泽的扁平状固体颗粒，由废旧PE高分子聚合物和玄武岩纤维以一定工艺复合制成，可在常温或低温下保存，具体长度规格可根据需要自行设置。由于PB中含有玄武岩纤维成分，且根据大量前期研究成果，短切6mm玄武岩纤维对沥青混合料性能改善效果更为显著，因此本研究将PB改性剂切割为长6mm的颗粒。根据前期研究表明PB改性剂在沥青混合料中的掺量为0.6%。

1.2 马歇尔试验结果分析

在最佳油石比下对3种沥青混合料的进行马歇尔试验。由马歇尔试验结果分析，沥青混合料在加入复合增强型改性剂后，最佳油石比均有所上升，相比于普通沥青混合料其稳定度出现明显增大的现象，甚至超过SBS改性沥青混合料，流值有一定程度的降低。

2 动态蠕变试验

2.1 试件制备

根据试验方法和加载系统的要求，试验所用的试件为圆柱形沥青混合料试件。首先采用旋转压实法成型尺寸为φ150mm×170mm的试件，使用基质沥青的混合料试件需静置24h以上，使用改性沥青或掺加改性剂的混合料试件需静置48h以上。对达到静置时间要求的试件进行空隙率测量，在满足规范要求的情况下利用钻芯机对旋转压实试件进行钻芯，然后对所钻芯样进行两端切割，最终得到的试件尺寸为φ100mm×150mm。

2.2 试验过程

本文动态蠕变试验参照NHRP-29中方法执行，试验设备采用澳大利亚IPC公司生产的Universal Testing Machine（UTM-25）。由于沥青路面高温永久变形主要发生在夏季高温时期，因此本文选取40℃、50℃和60℃三个试验温度，其试验结果如下。

（1）基质沥青AC-20C在40℃下的流变次数为7494次，累计永久应变为20388με，蠕变速率为2.72με·次-1；在50℃下的流变次数为1218次，累计永久应变为20049με，蠕变速率为16.46με·次-1；在60℃下的流变次数为344次，累计永久应变为26653με，蠕变速率为77.48με·次-1。

（2）基质沥青AC-20C+0.6%PB在40℃下的流变次数为9992次，累计永久应变为13583με，蠕变速率为1.36με·次-1；在50℃下的流变次数为2267次，累计永久应变为31543με，蠕变速率为13.91με·次-1；在60℃下的流变次数为661次，累计永久应变为22670με，蠕变速率为34.30με·次-1。

（3）SBS+AC-20C在40℃下的流变次数为9669次，累计永久应变为21567με，蠕变速率为2.23με·次-1；在50℃下的流变次数为1737次，累计永久应变为25793με，蠕变速率为14.85με·次-1；在60℃下的流变次数为552次，累计永久应变为22478με，蠕变速率为40.72με·次-1。

对3种沥青混合料3种温度下累计永久应变的变化情况进行分析。在同一温度下，不同混合料累计永久应变变化没有明显的变化规律；同一种沥青混合料，累计永久应变随着温度的升高也并没有一定的规律性。同时，在美国的NCHRP报告中也提出累计永久应变作为评价沥青混合料高温下的变形性能指标是不合理的。

对3种沥青混合料3种温度下流变次数的变化情况进行分析。同一种温度条件下，AC-20C级配沥青混合料流变次数变化情况：基质沥青AC

对3种沥青混合料3种温度下蠕变速率的变化情况进行分析。随着温度的升高，3种混合料的蠕变速率均逐渐增加，这主要是由于温度升高后沥青胶结料的粘度降低，导致混合料内部摩阻力减小，从而使混合料整体强度降低。对比同一温度下，掺加PB改性剂和使用SBS改性沥青的混合料蠕变速率均有所降低，且掺加PB改性剂的降幅更明显，说明PB改性剂可以较好地减缓蠕变变形的发展速度。

3 结论

（1）在AC-20C级配中掺加PB改性剂可以大幅度提高沥青混合料的马歇尔稳定度，甚至超过SBS改性沥青混合料。这是由于PB改性剂中的玄武岩纤维分散在沥青混合料中，形成空间网状结构，起到加筋、桥接和限制高温下矿料变形的作用。

（2）掺加PB改性剂的沥青混合料的流变次数大幅度提高，且蠕变速率降低更明显，也优于SBS改性沥青混合料，因此PB改性剂可以有效地提高沥青混合料的抗永久变形能力，减缓蠕变变形的发展速度。

参考文献

[1] 魏密，周进川.旋转压实试件的高温蠕变特性研究[J].重庆交通学院学报，2004（5）：55-58.

[2] 王随原，周进川.SBS改性沥青混合料蠕变性能试验研究[J].公路交通科技，2006（12）：10-13.

[3] 吴耀东，魏建明.采用蠕变试验评价沥青混合料的高温稳定性[J].北方交通，2006（11）：12-14.

[4] 张爱军，王宝新，武昊翔，等.城市道路公交车专用道沥青路面车辙病害分析与防治[J].市政技术，2015，33（1）：24-26，29.

[5] 叶凌云.快速公交（BRT）专用道沥青路面早期损害分析[J].城市道桥与洪，2012（5）：64-66，8.