摘要
为了避免在道路大修中因中面层材料选择不当而导致的路面病害，通过采用中面层常用的SBS改性沥青、橡胶改性沥青AC-20型混合料，测试其体积指标及路用性能指标，综合评价其路用性能优劣，推荐合适的道路大修中面层材料。中面层作为面层结构中承上启下的一层，需要足够的高温稳定性以对抗车辙，良好的低温抗裂及抗疲劳性能以防止裂缝产生。研究结果表明，当原路段车辙及开裂等病害严重时，应优先使用橡胶改性沥青混合料；当路段有较多水损害时，可考虑使用SBS改性沥青混合料。
关键词：道路工程 | 大修 | 中面层 | 路用性能
材料选择是影响沥青混凝土路面中面层性能的zui重要因素，为避免因材料选择不当导致路面病害，本文选择中面层常用的SBS改性沥青、橡胶改性沥青AC-20型混合料。SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时加入一定比例的专属稳定剂后形成的SBS共混材料，它利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理[1-6]；橡胶改性沥青是先将废旧轮胎加工成为橡胶颗粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在高温条件下(180℃以上)充分拌合，与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。2种材料相较于基质沥青均具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等优势，在主干路面层中应用广泛[7-10]。
路况调查及现场取芯发现，沥青混凝土路面的主要病害仍集中于车辙及裂缝，并且中面层芯样普遍有开裂现象。本文针对该现象，并且针对国内外学者的研究zui终选择SBS改性沥青及橡胶改性沥青AC-20沥青混合料[11-14]，测试其体积指标，并通过车辙试验、低温小梁试验、冻融劈裂试验、四点弯曲试验分别测试其高温性能、低温性能、水温性能、疲劳性能，综合评价其路用性能优劣，为道路大修及养护工程推荐合适的中面层材料。
原材料
SBS改性沥青
本文使用的SBS改性沥青的技术指标见表1。
橡胶改性沥青
本文使用的橡胶改性沥青的技术指标见表2。
矿粉
本文使用集料全部为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成，技术指标见表3。
集料
本文采用石灰岩矿料进行试验，并且按照规范要求对矿料的性能指标进行检测，集料的技术指标见表4。
级配
本次试验采取的级配为中面层常用的AC-20型，调整通过率和中值以满足规范要求，并参考实际生产常用级配。级配曲线如图1所示。
体积指标及路用性能测试
结合工程实际经验，本次试验选取油石比为6.0%，检测该油石比下SBS改性沥青、橡胶沥青AC-20型混合料的各项体积指标，并测试其高温性能、低温性能、水温性能及疲劳性能。
马歇尔体积指标测试
对油石比为6.0%的2种沥青混合料的体积指标进行检验，相关试验结果见表5、6。
路用性能指标测试
对油石比为6.0%的2种沥青混合料的各项路用性能指标进行检验，相关试验结果见表7、8。
由体积指标及路用性能测试结果可看出，在该级配及油石比下，2种沥青混合料的体积指标及路用性能满足规范要求，需结合工程实际需求分析各项性能的优劣。
材料比选
高温性能比选
从表7、8中可以看到，橡胶改性沥青混合料的动稳定度稍高于SBS改性沥青混合料。橡胶颗粒在高温状态下与沥青充分混合后，使沥青软化点提高，黏度增加，从而使高温性能表现更优；另一方面，橡胶颗粒体积会显著变化，橡胶颗粒间的距离缩短，发生黏聚，形成交联网络。橡胶网络间的相互作用限制了沥青的流动，提高了沥青的内聚力，使沥青的性能得到quan面改善[15-16]。因此，SBS橡胶粉复合改性沥青能够在高温条件下抵抗行车荷载的反复作用产生的变形，使沥青的高温性能得到了很大的提高，增强了沥青混合料的抗车辙能力。
低温性能比选
从表7、8中可以看出，橡胶改性沥青混合料的zui大弯曲应变高于SBS改性沥青混合料，拥有更好的低温抗开裂能力。由于橡胶改性沥青中含有橡胶成分，这是苯乙烯和丁二烯的共聚物，其内部分子之间的作用力相对较小，分子链连接比较松散，分子间容易发生流动变形[17]。而SBS是苯乙烯-丁二烯基的嵌段共聚物，由于苯乙烯段含量高，其硬度大，内部分子链连接紧密，沥青就表现为相对较硬。橡胶的可塑性使橡胶改性沥青混合料的低温抗裂性能更优。此外，橡胶粉来自轮胎，其设计低温性能要显著优于SBS改性剂。因此，在低温条件下添加橡胶后的改性沥青相对SBS改性沥青具有更加良好的低温变形能力。
水稳定性能比选
SBS改性沥青混合料冻融劈裂强度比大于橡胶改性沥青混合料，其水稳定性更优。这主要是由于加入SBS后结构比橡胶沥青更稳定，从而增加了沥青与集料之间的黏附力，提高了沥青胶浆的破坏强度。
疲劳性能比选
橡胶改性沥青混合料的疲劳性能明显优于SBS改性沥青混合料，这在一定程度上也由于橡胶沥青胶结结构比SBS沥青的立体网状结构更具弹性，能够承受较多次数的循环荷载。
结语
通过上述指标对比分析，结果如下：
(1)对用作中面层材料的SBS改性沥青及橡胶改性沥青AC-20混合料进行体积指标及路用性能测试，结果均满足相关规范要求。
(2)橡胶改性沥青AC-20混合料在高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能方面均强于SBS改性沥青混合料，当原路段车辙及开裂等病害严重时，应优先使用橡胶改性沥青混合料。橡胶颗粒在高温状态下与沥青充分混合后，体积显著变化，使其间距缩短，发生黏聚，形成交联网络，提高了沥青的内聚力，使沥青的性能得到quan面改善；且橡胶改性沥青中含有橡胶成分，是苯乙烯和丁二烯的共聚物，与SBS改性沥青相比较软，其可塑性使橡胶改性沥青混合料的低温抗裂性能更优。
(3)SBS改性沥青混合料的水稳定性优于橡胶改性沥青混合料，当路段有较多水损害，对水稳定性有较高要求时，可考虑使用SBS改性沥青混合料。
全文完。发布于《筑路机械与施工机械化》2020年第37卷。
通讯作者：徐世法(1963-)，男，北京人，教授，博士研究生导师，主要从事道路工程研究。
我们可以升级您现有的多功能路面材料动态测试系统
（包括其他厂家的 UTM产品）
DTS-30/CTS-30 多功能路面材料动态测试系统是使用数字控制高性能伺服阀，并提供频率高达 100Hz 准确加载波形的液压伺服试验
系统。DTS-30/CTS-30多功能路面材料动态测试系统可以执行拉伸、压缩、动态加载，适合于测试各种不同材料，如沥青、土壤、非粘结角料、纤
维和塑料。DTS-30/CTS-30 配置意大利matest-Pavetest 的 CDAS/CDAS2 数字式控制器，TestLab2 软件和全套测
试附件，实现硬件和软件的很好结合。DTS-30/CTS-30 动态测试系统是一套紧凑型、全集成、用户和环境友好型的试
验系统。
产品特点
▍紧凑、坚固的加载架
▍占地面积小：90cmx135cm，包括液压动力单元和环境箱
▍反力架嵌入到环境箱体中
▍可移动式温控单元
▍全套配置适合于广泛的测试应用
▍数字液压伺服控制
▍标准配置为 4 轴控制和 16 通道数据采集系统（可选用高配 CDAS/CDAS2）
设备名称：独立式气动伺服四点弯曲小梁试验系统 4PB
型 号：B210 KIT
制 造 商：意大利Matest-澳大利亚Pavetest
棱柱体小梁四点弯曲试验是 2011 年交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料规程》增加的评价沥青混合料疲劳性能
和测量劲度模量的非常重要的试验方法。该方法可以在DTS多功能动态试验系统中进行，也可以使用单独式系统，搭配
温控环境箱进行试验。尤其对于试验任务量比较大的单位，因为疲劳试验可能持续的时间比较长，几小时到几天、甚至几周。
所以配备一套单独式的沥青混合料疲劳试验系统是非常有必要的。
意大利matest-澳大利亚Pavetest气动伺服四点弯曲疲劳试验机 (4PB) 是采用数字控制高性能伺服阀，提供高达60Hz的准确加载波形的气动伺服
试验仪。四点弯曲疲劳试验机可加载半正弦波和正弦波，受控应变或受控正弦应力控制模式，测试多种尺寸沥青混合料小梁的弯
曲劲度/模量。
产品特点
1.试样通过伺服电机驱动滚珠丝杠牢固夹紧，可始终维持预
定的夹紧力，并保证测试过程中试样在产生屈服变形时仍能被持续夹紧，夹紧力可通过调节电机电流控制
2.两个夹紧开关在仪器前方，用于试样梁的左右两侧和中间侧夹紧点的夹紧和放松。四个试样夹紧框可实现所有加载点和反力点的旋转和横向移动
3.顶部夹紧块的标志线，可帮助操作者在夹紧前横向对中试
样梁
4.气动伺服系统使用底部气动加载作动器，配备高性
能气动伺服阀，PID 闭环控制，运行中的自适应控制，可始终维
持测试所需的应力/应变
5.薄型高性能不锈钢圆形荷载传感器，用于实时测量和
控制荷载。主轴位移传感器可实现中间加载框架的准确定位
6.试样表面位移传感器(On-specimen LVDT)可按设定进行控制并测量试样梁有效范围内的整体弯曲变形（而不是悬浮式的测量部分变形的方法），符合相关标准的要求。
7.基于 Windows 的 TestLab 软件提供的用户界面，简单、效率高并符合有关
国际标准。
了解更多产品详细信息，获取产品资料，欢迎垂询TIPTOP太阳成集团tyc122cc！
服务热线 | 400-633-0508 邮箱：tiptop@tiptoptest.com
