1、总652期2023年第22期（8月 上）0 引言东北振兴是我国区域发展“四大板块”之一，在东北地区进行修路建桥是发展的必经之路。由于天气原因，东北多冻土，为道路建设带来很多困扰，基于此，许多专家学者针对此开展相关研究1-5。本研究通过改良多孔沥青混合料，增强其抗损伤能力，开展冻融循环试验和单轴压缩试验，研究改良后混合料的稳定性，分析不同材料间的差异性，为实际工况提供理论基础。1 试样制作过程和冻融循环试验1.1 试样制作过程对多孔沥青混合料进行改良，多孔沥青混合料主料选用普通岩石、石灰岩矿粉以及改性沥青为材料制备，制备多孔沥青混合料后，对其进行改良，通过掺入不同材料对多孔沥青混合料进行改良。本
2、研究选用的掺入材料分别为沥青混合料回收料、玻璃纤维以及硅藻土，其中沥青混合料回收料从沿海地区取来；玻璃纤维采用长20 cm的短切玻璃纤维；硅藻土为白色粉末，SiO2含量较高，酸碱度呈中性，且无毒。根据规范可知，沥青最佳用量在4.1%，用压实仪将材料制备成孔隙度为18.2%的试样，其中主料沥青混合料级配与沥青混合料回收料相同，具体情况如图1所示。将掺入材料与沥青混合料进行配比，具体情况如表1所示。由表1可知，编号A、B、C以及D分别对应不同掺入材料，后面数字对应不同掺入量，并以字母和数字组合为一组，每组有两个平行样，另外制作一组试样为对照组，其编号为0，后面数据皆以每组数据平均值来分析。1.2
3、冻融循环试验在试样通过模具制备完成后，通过室内冻融试验箱进行试验，箱尺寸长宽高分别为 1.1 m、0.4 m 以及0.5 m。试验过程为：一次循环：试样在真空中饱水收稿日期：2022-12-26作者简介：宋永军（1970），男，山东招远人，高级工程师，从事道路工程建设工作。多孔沥青混合料改良研究宋永军（招远市地方公路建设养护中心，山东 烟台 265400）摘要：为获取更具抗冻的沥青材料，通过对多孔沥青混合料进行改良，探究混合料冻融损伤特性。改良方法包括添加玻璃纤维、沥青混合料回收料、硅藻土等材料对沥青混合料进行改性，并通过开展冻融循环试验和单轴压缩试验研究改良后的混合料的稳定性，得出以下结论：
4、0.7%掺量的玻璃纤维试样的稳定性最好；15%沥青混合料回收料掺量的试样稳定性较好；25%硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样稳定性最佳；20%掺量的硅藻土再生沥青混合料试样稳定性效果最好，但其不适用于长期冻土区。改良的多孔沥青混合料均可减缓普通混合料冻融损伤，但0.7%掺量的玻璃纤维试样抗压强度下降幅度最小，损伤程度最小。关键词：多孔沥青；沥青稳定性；抗压强度；冻融试验中图分类号：U414文献标识码：B图1 颗粒级配曲线表1 掺入材料配比掺入材料编号玻璃纤维掺量（%）掺入材料编号沥青混合料回收料掺量（%）掺入材料编号硅藻土掺量（%）掺入材料编号沥青混合料回收料掺量（%）硅藻土掺量（%）A10.3B
5、15C115D11515A20.5B210C220D21520A30.7B315C325D31525A40.9B420C430D4153046交通世界TRANSPOWORLD900 s，之后经历30 min的常压水，之后密封袋装入试样，并放入冻融试验箱16 h，冻融试样箱保持-18，经过16 h后，将试样放在恒温条件下8 h，其中该恒温温度为60。试验共进行15次该操作，也可称为冻融循环15次。2 抗压强度分析由于多孔沥青混合料存在内部结构孔隙较大，且使其容易存储过量的水分，导致沥青混合料本身稳定性存在缺陷，因此通过掺入不同材料对多孔沥青混合料进行改良，并通过单轴压缩试验研究多孔沥青混合料的稳
6、定性，试验将冻融循环 0 次和 15 次的混合料放入恒温箱内保持 3 h，之后取出进行单轴压缩试验。2.1 玻璃纤维多孔沥青混合料试样分析不同玻璃纤维掺量的多孔沥青混合料试样的抗压强度曲线如图2所示。图2 玻璃纤维多孔沥青混合料试样抗压强度曲线由图2可知，随着玻璃纤维掺量的增加，玻璃纤维多孔沥青混合料试样抗压强度随玻璃纤维含量增加而先增加后减小，其中当玻璃纤维含量达到0.7%时，试验抗压强度达到最大值。之所以出现该现象，是由于随着玻璃纤维的增加，其加筋用使沥青混合料之间的附着力增加，从而使试样的抗压强度增加，但随着玻璃纤维数量增加，制样过程会出现搅拌不均匀现象，从而导致试样抗压强度减弱。通过循
7、环次数可以发现，当试样经过15次冻融循环后，试样的抗压强度开始下降，其中玻璃纤维掺量为0.7%的试样其抗压强度在冻融循环15次后依然保持最大抗压强度。说明0.7%掺量的玻璃纤维试样的稳定性最好，强度最佳。2.2 再生多孔沥青混合料试样分析不同沥青混合料回收料掺量的多孔沥青混合料试样的抗压强度曲线如图3所示。由图3可知，随着沥青混合料回收料掺量的增加，再生多孔沥青混合料试样的抗压强度呈先增大后减小，最后趋于稳定的变化趋势，其中在冻融循环 0 次时，5%沥青混合料回收料掺量的试样抗压强度最强，而10%、15%与20%沥青混合料回收料掺量的试样抗压强度无较大变化。而经过冻融循环15次后，试样抗压强度
8、发生大幅下降，其中15%沥青混合料回收料掺量的试样抗压强度下降幅度最小，侧面说明15%沥青混合料回收料掺量的试样稳定性较好。2.3 硅藻土多孔沥青混合料试样分析图4为不同硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样的抗压强度曲线。图4 硅藻土多孔沥青混合料试样抗压强度曲线由图4可知，试样的抗压强度随着硅藻土掺量的增加，硅藻土多孔沥青混合料试样的强度出现急剧增加，随着硅藻土掺量的增加，当其掺量达到25%时，再添加硅藻土，试样强度则会开始下降，但15%硅藻土掺量对试样无明显影响。随着冻融循环的进行，当循环15次后，试样抗压强度开始急剧下降，并且硅藻土掺量15%30%的试样抗压强度呈现掺量越高，试样抗压强度越高的
9、现象，但大体强度差距变化不大。该现象主要是由于硅藻土掺量较大时，试样在冻融循环时，较多的硅藻土与沥青胶浆相容不佳，导致试样在冻融循环时受到损伤，从而减低了试样的稳定性。根据试图3 再生多孔沥青混合料试样抗压强度曲线47总652期2023年第22期（8月 上）验结果分析，25%硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样稳定性最佳。2.4 硅藻土再生沥青混合料试样分析与对比总结图 5 为 15%沥青混合料回收料掺量，0、15%、20%、25%和30%硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样的抗压强度曲线。图5 硅藻土再生沥青混合料试样抗压强度曲线由图5可知，不同于硅藻土多孔沥青混合料试样，硅藻土再生沥青混合料试样在硅藻
10、土掺量为15%时抗压强度就趋于明显的上升趋势，并且之后硅藻土再生沥青混合料试样的可以强度趋于稳定，并且20%掺量的硅藻土再生沥青混合料试样抗压强度最佳。当试样经历了 15次冻融循环后，试样的抗压性能急剧下降，与对照试样相比，15%沥青混合料回收料掺量的试样的抗压强度相差不大，但通过添加一定量的硅藻土仍有提高混合料稳定性的作用。主要由于硅藻土对老化沥青效果不佳，但与新沥青混合后反而降低冻融循环后再生多孔沥青混合料试样的稳定性。通过对比图 5可知，20%掺量的硅藻土再生沥青混合料试样稳定性效果最好。通过对比图2图5的最优配比试样，未经冻融循环的试样中20%掺量的硅藻土再生沥青混合料试样稳定性效果最
11、好，当冻融循环次数达到15次时，总体抗压强度差距较小，但0.7%掺量的玻璃纤维试样抗压强度下降幅度最小。3 冻融过后损伤分析3.1 评价指标为进一步探究多孔沥青混合料改良最佳方法，对不同配比试样进行冻融过后损伤分析，其中评价标准为损伤变量，其是用来描述材料劣化程度的指标，表达式为：D=()E-E/E=1-E/E（1）式（1）中：E、E分别为材料损伤的初始模量和损伤模量。经过改良可得到多孔沥青混合料冻融损伤程度D，其表达式为：D=1-F/F0（2）式（2）中：F、F0分别为15次冻融循环和未冻融循环试样的抗压强度。由此得到不同改性多孔沥青混合料的D变化。3.2 不同材料掺量对沥青混合料损伤的影响
12、玻璃纤维多孔沥青混合料试样损伤情况如图 6所示。图6 玻璃纤维多孔沥青混合料试样损伤程度曲线由图6可知，经历冻融循环15次后的不同掺量的试样其损伤程度明显不同，其中0.7%玻璃纤维掺量的多孔沥青混合料试样损伤程度最低。再生多孔沥青混合料试样损伤情况如图7所示。图7 再生多孔沥青混合料试样损伤程度曲线由图7可知，冻融循环15次后，其中15%沥青混合回收料掺量的多孔沥青混合料试样损伤程度最低，而5%沥青混合回收料的多孔沥青混合料试样损伤程度最高。硅藻土多孔沥青混合料试样损伤情况如图 8所示。由图8可知，冻融循环15次后，15%硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样损伤程度最低，而20%硅藻土掺量的多孔沥青
13、混合料试样损伤程度最高。硅藻土再生沥青混合料试样损伤情况如图9所示。由图9可知，硅藻土再生沥青混合料试样的损伤程48交通世界TRANSPOWORLD度不同于其他改良的多孔沥青混合料，在15%沥青混合回收料掺量的多孔沥青混合料试样的基础上，通过掺入硅藻土后试样的损伤程度明显上升。结合之前抗压强度分析情况可以分析可以得出硅藻土再生沥青混合料的稳定性不适用于长期冻土区。通过对比分析不同材料掺量对沥青混合料损伤的影响，冻融循环15次后，玻璃纤维多孔沥青混合料损伤程度最小，但经过改良的多孔沥青混合料均可缓解普通混合料的冻融损伤。4 结论本研究通过改良多孔沥青混合料，增强其抗损伤能力，通过开展冻融循环试验
14、和单轴压缩试验研究改良后的混合料的稳定性，得出以下结论：1）玻璃纤维掺量与试样抗压强度呈先增加后减小的变化趋势，0.7%掺量的玻璃纤维试样的稳定性最好，沥青混合料回收料掺量与试样抗压强度呈先增大后减小，最后趋于稳定的变化趋势，15%沥青混合料回收料掺量的试样稳定性较好。2）硅藻土掺量与多孔沥青混合料试样的强度呈先增大后减小的变化趋势，25%硅藻土掺量的多孔沥青混合料试样稳定性最佳，而硅藻土再生沥青混合料试样在硅藻土掺量为15%时抗压强度就趋于明显的上升趋势，之后强度趋于稳定，20%掺量的硅藻土再生沥青混合料试样稳定性效果最好，不适用于长期冻土区。3）未经冻融循环的试样中20%掺量的硅藻土再生沥
15、青混合料试样稳定性效果最好，冻融循环后，改良的多孔沥青混合料均可缓解普通混合料的冻融损伤，但 0.7%掺量的玻璃纤维试样抗压强度下降幅度最小，损伤程度最小。参考文献：1 孙俊锋，张海涛，于腾江，等.多孔沥青混合料降噪的细观模拟与宏观试验J.林业工程学报，2021，6（6）：2096-1359.2 罗凯，张云霞，邓娟华，等.空隙特征对排水路面残留饱水度的影响J.公路，2021，66（8）：49-55.3 余志群.废胶粉粒径和掺量对多孔沥青混合料的性能影响研究J.石油沥青，2021，35（3）：27-30，50.4 王伟.多孔沥青混合料最佳设计空隙率研究J.山西交通科技，2021（2）：16-19.5 张金亮.松脂改性多孔沥青混合料抗松散性能研究J.山东交通科技，2021（1）：98-100.图8 硅藻土再生沥青混合料试样损伤程度曲线图9 硅藻土再生沥青混合料试样损伤程度曲线49
