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user: 3. 沥青混合料试验结果与分析 根据马歇尔击实试验和沥青用量优选试验结果，确定复合改性沥青混合料的最佳沥青用量为4.1%。通过前期沥青胶结料试验结果，本文选取两种复合改性配比进行沥青混合料制备，其中配比A为11%胶粉(与基质沥青质量比) + 0.25% PE (与混合料质量比)，B为15%胶粉 + 0.3% PE。抗车辙沥青混合料马歇尔试件的制备与其他常用沥青混合料试件制备基本相同，不同之处是在沥青加入之前先加入再生PE并与热集料预拌15秒。试件成型以后，通过测定沥青混合料的马歇尔稳定度和动稳定度，来评价混合料的高温稳定性；通过测定沥青混合料的马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比，来评价沥青混合料的水稳定性；通过沥青混合料弯曲试验评价混合料的低温抗裂性能。同时，将复合改性沥青混合料与普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料的性能进行了对比分析。 3.1. 高温稳定性 3.1.1. 马歇尔稳定度 采用稳定度仪对沥青混合料的马歇尔稳定度进行了测试，实验操作参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (T0709-2011)进行。试验之前，需要将马歇尔试件放置于温度为60℃恒温水浴槽中进行保温30~40分钟，同时将马歇尔试验仪压头放入水浴槽进行保温。试验过程中保证加载速度控制在50 mm/min ± 5 mm/min，读取试验荷载最大值的瞬间作为沥青混合料高温稳定性的评价指标。试验结果如图3所示。 图3. 多相复合改性沥青混合料的稳定度 从图3可以看出，普通沥青混合料的马歇尔稳定度最低，仅为11.85 kN。SBS改性沥青混合料的马歇尔稳定度较基质沥青稍高，达到了14.22 kN。而对于复合改性沥青混合料，其马歇尔稳定度指标远高于普通沥青混合料和SBS沥青混合料，达到了16.52 kN和17.44 kN，其中B型复合改性沥青混合料的马歇尔稳定度最高。这说明通过复合改性可以显著的改善沥青混合料的高温稳定性。 3.1.2. 动稳定度 为了评价复合改性沥青混合料的高温稳定性，本研究采用车辙轮碾试验，评价沥青混合料在高温(60℃)条件下承受反复轮碾作用的能力，通过发生单毫米变形的轮碾作用次数(动稳定度)作为评价沥青混合料抗高温变形的指标 [ 11 ] [ 12 ] 。首先，通过轮碾成型仪制备尺寸为300 mm × 300 mm × 50 mm的沥青混合料板，并在室温条件下进行48小时养生。试验之前，将沥青混合料板放入环境箱在60℃条件下保温6小时，保证温度分布均匀。保证恒温室温度为60℃，胶轮接触压强控制在0.7 MPa，试验轮行走距离为230 mm ± 10 mm，轮碾速度为42次/分。试验过程中，采用位移传感器自动记录车辙变形量。动稳定度(DS)计算公式为： D S = N ( t 2 − t 1 ) d 2 − d 1 (1) 式中：N为试验轮往返速度，设为42次/min；d 1 、d 2 分别为时间t 1 (45 min)、t 2 (60 min)的变形量(mm)； 图4表示了不同沥青混合料在轮碾作用下车辙深度的发展情况，可以看出基质沥青混合料的车辙深度发展最快，试验结束时，其永久变形量接近4.5 mm。SBS改性沥青混合料的车辙发展较基质沥青明显变慢，但是最终的永久变形量也达到了2 mm。对于复合改性沥青混合料，其车辙发展速度较另外两种混合料明显降低，最终的车辙深度也小于1.5 mm。 图4. 不同沥青混合料的车辙位移曲线 图5显示了不同沥青混合料的动稳定度。SBS改性沥青混合料的动稳定度明显高于基质沥青，达到了5526次/mm，基质沥青混合料的动稳定度仅为1526次/mm。可以说明SBS改性沥青显著的提高混合料的高温抗车辙变形的能力。通过复合改性以后，沥青混合料的动稳定度进一步得到了提高，相比于普通沥青混合料提高了7倍，比SBS改性沥青混合料也提高了两倍。这说明通过加入CR和PE的复合改性，可以更显著的提高沥青混合料的高温抗车辙变形的能力。 图5. 不同沥青混合料的动稳定度 3.2. 水稳定性 3.2.1. 残留稳定度 残留稳定度由浸水马歇尔稳定度试验测得，通过测试浸水马歇尔稳定度来评价沥青混合料抵抗长期水损害的能力。浸水马歇尔实验方法与标准马歇尔实验方法的基本相同，其中最显著的不同之处在于浸水马歇尔实验试件需要在已经达到规定温度的恒温水槽中保温48小。通过对比水损害前后沥青混合料马歇尔稳定度的变化，以残留稳定度作为评价指标，分析复合改性沥青混合料抗水损害的能力。试件的浸水残留稳定度(MS 0 )按式2计算。 M S 0 = M S 1 M S × 1 (2) 式中：MS、MS 1 分别为试件浸水35 min和浸水48 h后的马歇尔稳定度。 图6显示了不同沥青混合料残留稳定度的试验结果，可以看出两组复合改性沥青混合料的马歇尔残留稳定度分别达到了92.3和92.7，远高于基质沥青91.1的水平。虽然残留稳定度结果略低于SBS改性沥青混合料，但是已经非常接近。说明较普通沥青混合料相比，复合改性沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力更强。B型混合料的浸水残留稳定度较A型混合料的要高0.4，说明B型混合料的水稳定性能更好。 图6. 浸水残留稳定度图 3.2.2. 冻融劈裂试验 冻融劈裂试验通过测定沥青混合料试件在水损害前后劈裂抗拉强度的变化，分析不同沥青混合料抗水损害的能力。为了对混合料施加水损害破坏，先将马歇尔试件进行真空饱水，然后将饱水后的试件放置于温度为−18℃的冰箱中冷冻18小时，再将冷冻后的试件取出并立即放置于60℃的恒温水浴槽中保温24小时。试验开始前，将经过冻融循环的试件以及未经冻融循环的试件同时放置于25℃的恒温水槽中保温2小时。取出试件以后立即对试件以50 mm/min的速率进行劈裂试验，得到试验的最大荷载。劈裂抗拉强度(R T )按式(3)进行计算： R T = 0.00687 P max / h (3) 式中：P max 是试件的最大荷载值(N)；h是马歇尔试件的高度(mm)。 以冻融循环前后沥青混合料的劈裂抗拉强度比(TSR)作为指标，评价不同沥青混合料抗水损害的能力，其计算公式见式4： T S R = R T 2 R T 1 × 100 (4) 式中：RT 1 ，RT 2 分别为未进行冻融循环和经受冻融循环试件的劈裂抗拉强度(MPa)。 图7显示了不同沥青混合料在未经冻融循环作用下的劈裂抗拉强度，该指标可以反映沥青混合料受拉应力作用下抵抗开裂的能力。由该图可以看出基质沥青的劈裂抗拉强度最低，仅为0.524 MPa，而SBS改性沥青混合料的劈裂抗拉强度值最高，达到了0.98 MPa。对于两组复合改性沥青混合料，其结果明显高于普通混合料。A型复合改性沥青混合料的劈裂抗拉强度明显低于B型，说明提高CR和PE的掺量有利于提高沥青混合料的抗裂性能。B型混合料的劈裂抗拉强度基本达到了SBS改性沥青混合料的水平，也充分说明了其抵抗开裂的能力。 从图8可以看出两组复合改性混合料的冻融劈裂强度比较基质沥青混合料有较大提升，B型沥青混合料组合与SBS改性沥青混合料相近，A型沥青混合料略低于SBS改性沥青混合料，但较基质沥青混合料有较大的提升。说明提高CR和PE的掺量可以提高沥青混合料极端条件下抗水损害的能力，使沥青混合料的水稳定性接近SBS改性沥青混合料的水平。 图7. 不同沥青混合料的劈裂抗拉强度 图8. 不同类型混合料冻融劈裂抗拉强度比 3.3. 低温弯曲试验 本研究采用三点弯曲小梁试验对不同沥青混合料的低温抗裂性能进行了评价。在试件制备阶段，首先通过轮碾成型仪制备尺寸为300 mm × 300 mm × 50 mm的沥青混合料板。然后将车辙板切割成尺寸为250 mm × 30 mm × 35 mm的沥青混合料矩形试件。在试验开始前，将切割好的试件放置于−10℃的环境温度箱保温1.5小时，保证试件内部温度达到均衡。然后，将保温好的试件放置于跨距为200 mm的试验台架上，并在试件上部跨中位置以速率为50 mm/min施加匀速荷载 [ 13 ] 。同时，试件的应力-应变曲线被自动记录下来，并将最大弯拉应变(ε B )作为评价沥青混合料低温性能的指标，计算过程如式5： ε B = 6 × h × d L 2 (5) 式中：h为跨中断面试件的高度(mm)；L为试件的跨径(mm)；d为试件跨中位置的挠距(mm)。 图9显示了不同沥青混合料的最大弯拉应变，可以看出SBS改性沥青混合料的最大弯拉应变相比于普通沥青混合料显著提高，达到了3685 μm，普通沥青混合料仅为2015 μm。说明通过改性可以使沥青混合料的低温性能得到一定程度的改善。但是对于A型混合料，其低温性能提高不明显，说明较低的CR掺量不利于提高沥青混合料的低温抗裂性能。B型混合料的最大弯拉应变达到了3046 μm，明显高于普通沥青混合料，已经接近SBS改性沥青混合料的水平。说明通过调整添加剂的掺量，可以有效提高复合改性沥青混合料的低温性能，B型配比明显优于A型配比。 图9. 不同类型混合料的弯曲破坏应变