湖沥青改性SMA路用性能试验研究

摘要：本文通过室内试验，采用体积法并借鉴民航机场SMA-16级配进行SMA-16型矿质集料配合比设计，并利用马歇尔试验方法确定最佳油石比。然后利用所得的最佳油石比制作湖沥青改性SMA-16型沥青混合料和普通SMA-16的沥青混合料，并研究二者的路用性能。研究结果显示：两种沥青混合料的路用性能都能满足规范要求，湖沥青改性SMA-16改善了沥青混合料的高温稳定性，提高水稳定性，但其低温性能有所降低。

关键词：湖沥青，SMA，改性沥青，路用性能

Abstract: in this paper, the SMA-16 type mineral aggregate mixture ratio has been obtained by using the Volume method and referencing the Civil Aviation SMA gradation through indoor experiment. And the optimum asphalt-aggregate ratio also has been obtained using Marshall Method. The asphalt mixture TLA modified SMA-16 and ordinary SMA-16 has been made with the optimum asphalt-aggregate ratio, which were used to research the pavement performance. The results have shown that: the pavement performance of both asphalt pavements can reach the specification requirements. And the TLA modified SMA-16 improve the high temperature stability and water stability of asphalt mixture, while reduce the low temperature performance.

Key words: TLA, SMA, modified asphalt, pavement performance

中图分类号： TV442 文献标识码： A 文章编号：

作为沥青路面表面层铺筑材料，SMA路面表面功能、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和耐久性均较好。湖沥青就是一种天然的改性剂[1]，表现出优良的性能[2]。湖沥青比其它沥青改良剂老化速度更慢，能够提高沥青混合料的长久性和耐久性[3]。本文将湖沥青和SBS改性SMA沥青混合料用于道面结构中，以满足机场道面、钢桥面铺装、高速公路和大城市干线道路等特殊应用的需要。

1试验原料

1.1沥青

本试验的基质沥青采用盘锦产110号沥青，改性沥青采用SBS与湖沥青复合改性；湖沥青采用特立尼达天然湖沥青，湖沥青质量与SBS改性沥青质量比为1：3。相应技术参数见表1所示。

表1沥青技术性能

通过试验测定： SBS+湖沥青复合改性沥青因湖沥青的掺加，针入度（25℃）为32.3；10℃延度为52.3mm，5℃延度为1.8mm，软化点（环球法）为77.7℃。

1.2 集料和填料

试验集料采用玄武岩，矿粉为石灰石磨制石粉。集料技术性质测定结果见表2。矿粉技术性质测定结果见表3。

表2集料试验结果

表3矿粉试验结果

1.3 SBS材料

本文中改性沥青采用SBS与湖沥青复合改性，其中SBS掺量为基质沥青质量的5%，其技术指标如表4所示。

表4SBS技术要求

2 配合比设计及油石比确定

2.1 矿料配合比设计

本文采用的SMA-16型沥青混凝土，其矿料级配采用《民用机场沥青混凝土道面设计规范》（MH5011-1999）中推荐级配，根据4.75mm筛孔通过率范围，选择范围的中值确定级配。级配曲线见图1。

2.2 最佳油石比确定

为了对比分析湖沥青改性SMA的路用性能，采用普通SMA-16型沥青混合料作为对比分析，本文利用马歇尔试验方法确定最佳油石比。

2.2.1 SMA-16最佳油石比确定

试验采用110号SBS改性石油沥青，按照集料质量的0.4%掺加聚丙烯晴纤维，按±0.3%间隔变化油石比，分别制作成型3组（每组5个）马歇尔试件，测定试件的物理指标、力学指标。根据对马歇尔试验结果的综合分析选取最佳油石比OAC为5.70%。

2.2.2 湖沥青改性SMA-16最佳油石比确定

试验沥青采用110号SBS改性石油沥青，按照集料质量的0.4%掺加聚丙烯晴纤维，按掺配比例（湖沥青与SBS改性沥青质量比为1：3）将湖沥青加入拌合锅中，拌合15~30s，再加入SBS改性沥青拌合、制备试件。根据湖沥青中天然沥青和矿物质含量，替代了部分基质沥青和矿粉。按±0.3%间隔变化油石比分别制作成型3组（每组5个）马歇尔试件。通过对试件物理指标、力学指标的测定，得出马歇尔试验结果。根据对马歇尔试验结果的综合分析选取最佳油石比OAC为6.00%。

3 路用性能试验

3.1 高温稳定性试验

高温稳定性利用车辙试验来评价，评价指标采用动稳定度DS和相对变形。本文按最佳油石比参照规程[4]制作车辙板试件，进行车辙试验。试件尺寸为标准车辙试件（300mm×300mm×50mm），试验温度为60℃，轮胎压力0.7MPa。试验结果如表5所示。

表5沥青混合料高温性能试验结果

由表5可以看出，SMA-16型沥青混合料，因其粗集料形成的骨架嵌挤结构，以及聚丙烯晴纤维的加入，动稳定度较大。湖沥青改性SMA-16的动稳定度是SMA-16的动稳定度的3.65倍，而60min车辙深度仅为SMA-16的60min车辙深度的33.09%。因此湖沥青改性SMA大大提高SMA-16型沥青混合料的动稳定度，同时降低车辙深度。

3.2 水稳定性试验

本文通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，对所设计的级配进行水稳性测试。参照规范[4]进行浸水马歇尔试验，将制作的马歇尔试件在60℃的恒温水槽中浸泡48小时，然后进行马歇尔试验，计算残留稳定度。

由表6可以看出，两种沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比（TSR）均满足规范规定的>80的要求，湖沥青改性SMA-16型沥青混合料的亲水残留稳定度比普通SMA-16型沥青混合料增加了6%；但是其冻融劈裂强度比则比普通SMA-16型沥青混合料减少了4%。

表6 沥青混合料水稳定性能试验结果

3.3 低温性能试验

为了检验沥青混合料的低温抗裂性能，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）中沥青混合料弯曲试验方法的规定，按最佳油石比制备250mm×40mm×40mm的棱柱体小梁试件，测定其在-10℃，加载速率为50mm/min条件下的破坏时的抗弯拉强度。测试结果如表7所示。

表7 沥青混凝土低温性能试验结果

从表7可以看出，SMA-16沥青混合料的破坏应变值能满足规范要求，湖沥青改性SMA-16型沥青混合料的破坏应变不满足大于2800的要求。湖沥青改性SMA-16型沥青混合料的破坏应变小是因为湖沥青中含有的沥青多为重质油份，且含有部分矿物质，在级配不变的情况下，混合料在低温条件下其最大破坏荷载及破坏时的跨中挠度均减小，从而减小了沥青混合料的破坏应变。同时，湖沥青改性SMA-16型沥青混合料的抗弯拉强度比普通SMA-16型沥青混合料降低了14.88%。说明湖沥青改性SMA-16对沥青混合料的低温性能带来不利影响。

4 结论

根据对两种沥青混合料的路用性能进行综合分析可以得出以下结论：

（1）两种沥青混合料的路用性能都满足规范要求。

（2）湖沥青改性SMA-16型沥青混合料高温性能明显优于普通SMA-16型沥青混合料。

（3）湖沥青改性SMA-16型沥青混合料的残留稳定度略有增加，但是其冻融劈裂强度却略有减小。

（4） 湖沥青改性SMA-16对沥青混合料的低温性能带来不利影响。

参考文献

[1] 王琪. TLA改性沥青的研究和应用. 石油沥青. 2006, 20（5）: 7-11.

[2] 陈强，付修义，刘玉琼等.特立尼达湖（TLA）改性沥青试验研究[J].公路.2005，(9):156-159.

[3] 胡晓辉.特立尼达湖改性沥青性能与应用技术研究[D].河北工业大学硕士论文，2007.9.

[4] 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）[S].人民交通出版社，2000.