顧一春，張 誠，于 新

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響

顧一春，張 誠，于 新

（河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

為了研究用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響，選用了70號道路石油基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，對不同發(fā)泡用水量的瀝青進行RTFOT及PAV測試，以疲勞因子G*·sinδ作為評價指標(biāo)，研究瀝青的抗老化性能。試驗結(jié)果表明：70號道路石油瀝青隨著發(fā)泡用水量的增加，極限疲勞溫度增加，在常規(guī)發(fā)泡用水量（1%～2%）條件下，抗疲勞性能略有降低；SBS改性瀝青在常規(guī)發(fā)泡用水量（3%）條件下，抗疲勞性能改善。

泡沫瀝青；抗老化性能；發(fā)泡用水量；G*·sinδ

泡沫溫拌技術(shù)是新興的筑路技術(shù)，最早起源于歐洲，近年傳至中國。溫拌瀝青路面和傳統(tǒng)的熱拌瀝青路面相比性能相當(dāng)，卻可以降低施工溫度20～50℃，節(jié)約能源30%，同時減少因燃料燃燒產(chǎn)生的CO2、SO2、NOX等氣體。在能源日趨緊張，對減排要求越來越高的“低碳時代”，溫拌技術(shù)在瀝青路面建設(shè)中已得到了越來越多的應(yīng)用［1］。由于不需要添加特別的添加劑，又可有效實現(xiàn)溫拌，目前在美國佐治亞等幾個州的溫拌項目中75%以上采用了泡沫溫拌技術(shù)［2-3］。

泡沫溫拌技術(shù)是瀝青路面的一大發(fā)展趨勢，但是傳統(tǒng)的研究結(jié)果表明水分對于瀝青路面的性能影響很大?，F(xiàn)階段對泡沫瀝青中的水分是否會對路面性能產(chǎn)生影響仍然存在很大質(zhì)疑。

2005年，深圳市公路工程質(zhì)量檢測站楊虎榮［4］等研究發(fā)現(xiàn)發(fā)泡用水量對瀝青發(fā)泡效果的影響較大。2006年，香港理工大學(xué)何貴平［5］研究發(fā)現(xiàn)氣壓對發(fā)泡瀝青的衰變曲線影響不大，影響發(fā)泡瀝青衰變的主要因素是用水量。2008年，同濟大學(xué)栗關(guān)裔［6］等研究發(fā)現(xiàn)影響瀝青發(fā)泡的主要因素為瀝青種類和發(fā)泡用水量。2008年，重慶交通大學(xué)喬衛(wèi)華［7］研究發(fā)現(xiàn)瀝青的標(biāo)號及用水量對瀝青發(fā)泡影響較大，發(fā)泡時瀝青的溫度并不是越高越好，發(fā)泡水溫在40℃時發(fā)泡效果較好。國內(nèi)對泡沫瀝青實際使用過程中的路用性研究較少，缺乏對泡沫瀝青路用性能的實驗?zāi)M。疲勞破壞是瀝青路面主要破壞形式，主要由車輛重復(fù)荷載以及瀝青老化造成的。所以對泡沫瀝青不同用水量下的抗老化性能進行研究就十分重要。

1 試驗材料

1.1 原材料

本文選用了江蘇地區(qū)常用的70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，其性能指標(biāo)如表1所示，試驗中的發(fā)泡用水為普通自來水。

1.2 泡沫溫拌瀝青的室內(nèi)制備

室內(nèi)發(fā)泡試驗使用的是維特根WLB 10型發(fā)泡試驗機，如圖1所示。

表1 瀝青性能指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.1 Testing results of asphalt performance

在試驗中，結(jié)合國內(nèi)外研究成果，選擇70號道路石油基質(zhì)瀝青加熱溫度為150℃；發(fā)泡用水量分別為1%，2%，3%；發(fā)泡水溫度為30℃。選擇SBS改性瀝青加熱溫度為170℃；發(fā)泡用水量分別為1%，2%，3%；發(fā)泡水溫度為30℃。

2 試驗方法及評價指標(biāo)

在SHRP瀝青理論中，瀝青膠結(jié)料抗疲勞性能是在中溫條件下用經(jīng)過RTFOT和PAV老化后的瀝青進行評價的，瀝青疲勞性能評價指標(biāo)就是G*·sinδ，該指標(biāo)綜合考慮了瀝青混合料經(jīng)受5～10年的行車荷載作用及環(huán)境溫度的影響，美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）采用疲勞因子G*·sinδ作為瀝青膠漿疲勞性能的評價指標(biāo)，并引入Superpave［8］，要求G*·sinδ值不超過5mPa［9］。

2.1 試驗方法

瀝青的短期老化采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱法（RTFOT）進行試驗，用來模擬瀝青在貯存、拌和、運輸及鋪筑過程中的老化。試驗過程按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的試驗方法進行。

瀝青的長期老化則采用壓力老化試驗儀（PAV）進行試驗，以模擬瀝青在路面開放交通后使用過程中的老化。根據(jù)SHRP的研究結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)的PAV老化試驗其老化效果相當(dāng)于一般瀝青路面使用5～7年后瀝青膠結(jié)料的老化程度。試驗步驟按照AASHTO PPI的要求進行。

2.2 評價指標(biāo)

對RTFOT及PAV老化后的瀝青分別進行動態(tài)剪切試驗，得到其隨溫度變化的G*·sinδ曲線，以G*· sinδ=5.0mPa時的溫度為極限疲勞溫度FTf。

FTf實際上確定了泡沫溫拌瀝青在一定時間內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞的溫度，F(xiàn)Tf越小，表明瀝青所適應(yīng)的疲勞溫度區(qū)域越大，瀝青的抗疲勞性能越好。

3 試驗結(jié)果及分析

1）70號道路石油瀝青。對不同發(fā)泡用水量的70號道路石油瀝青分別進行RTFOT及PAV后疲勞因子G*·sinδ測試，得到的試驗結(jié)果如表2。

表2 不同發(fā)泡用水量的70號道路石油瀝青疲勞因子試驗結(jié)果（kPa）Tab.2 Fatigue factor testing results of No.70 road asphalt in different foaming water consumptions（kPa）

表2得到了從10℃～50℃范圍內(nèi)的不同的溫度（T）對應(yīng)的疲勞因子（G*·sinδ），建立了疲勞因子對數(shù)值（log（G*·sinδ））-溫度T曲線圖，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同發(fā)泡用水量的70號道路石油瀝青l(xiāng)og（G*·sinδ）-T關(guān)系圖Fig.2 log（G*·sinδ）-T relationship diagram of No.70 road asphalt in different foam ing water consumptions

根據(jù)回歸擬合的公式，計算G*·sinδ=5.0mPa時的溫度，即極限疲勞溫度FTf。計算結(jié)果如表3所示。

分析表3中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

①70號道路石油瀝青隨著發(fā)泡用水量的增加，極限疲勞溫度先降低后增加，當(dāng)發(fā)泡用水量為1%時極限疲勞溫度低于70號道路石油瀝青的極限疲勞溫度，當(dāng)發(fā)泡用水量＞1%時極限疲勞溫度高于70號道路石油瀝青的極限疲勞溫度，說明極限疲勞溫度FTf值隨著泡沫溫拌瀝青發(fā)泡用水量的增大而增大，過大的發(fā)泡用水量會降低70號道路石油瀝青的抗疲勞性能。

②70號道路石油瀝青在常規(guī)發(fā)泡用水量（1%～2%）條件下，膠結(jié)料的抗疲勞性能略受影響。

2）SBS改性瀝青。在不同發(fā)泡用水量的SBS改性瀝青進行RTFOT及PAV后，對其疲勞因子G*·sinδ測試，得到的試驗結(jié)果如表4。

表4 不同發(fā)泡用水量的SBS改性瀝青疲勞因子試驗結(jié)果（kPa）Tab.4 Fatigue factor testing results of SBSmodified asphalt in different foaming water consumptions（kPa）

表4中得到了從10℃～50℃范圍內(nèi)的不同的溫度（T）對應(yīng)的疲勞因子（G*·sinδ），建立疲勞因子對數(shù)值log（G*·sinδ）-T曲線圖，結(jié)果如圖3所示。

圖3 SBS改性瀝青不同發(fā)泡用水量log（G*·sinδ）-T關(guān)系圖Fig.3 log（G*·sinδ）-T relationship diagram of SBSmodified asphalt in different foaming water consumptions

根據(jù)回歸擬合的公式，計算G*·sinδ=5.0mPa時的溫度，即極限疲勞溫度FTf。計算結(jié)果如表5所示。

表5 不同發(fā)泡用水量的SBS改性瀝青極限疲勞溫度FTfTab.5 Lim ited fatigue temperature FTfof SBSmodified asphalt in different foam ing water consumptions

由表5中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

1）極限疲勞溫度隨著SBS改性瀝青發(fā)泡用水量的增大，先增大后有所降低，當(dāng)SBS改性瀝青發(fā)泡用水量＞1%時極限疲勞溫度低于SBS改性瀝青，說明SBS改性瀝青發(fā)泡用水量＞1%時抗疲勞性能提高。

2）SBS改性瀝青在常規(guī)發(fā)泡用水量（3%）條件下，極限疲勞溫度FTf值降低，膠結(jié)料的抗疲勞性能提高。

4 結(jié)論

從膠結(jié)料的極限疲勞溫度這個指標(biāo)考慮，得出以下結(jié)論：

1）70號道路石油瀝青隨著發(fā)泡用水量的增加，抗疲勞性能先提高后降低，在常規(guī)發(fā)泡用水量（1%～2%）條件下，抗疲勞性能略有降低。

2）SBS改性瀝青隨著發(fā)泡用水量的增加，抗疲勞性能先降低后提高，在常規(guī)發(fā)泡用水量（3%）條件下，抗疲勞性能提高。

我國現(xiàn)有針對泡沫瀝青的研究較少，主要集中于泡沫瀝青的發(fā)泡效果研究，缺少有關(guān)泡沫瀝青實際使用過程中的理論研究，而且傳統(tǒng)觀念中水會對瀝青的性能造成嚴(yán)重不利影響，這限制了泡沫瀝青的推廣。本文在他人的研究基礎(chǔ)上，研究了用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響，為泡沫瀝青的使用提供一定的參考。通過實驗，發(fā)現(xiàn)發(fā)泡水對兩種瀝青的抗老化性能影響很小，瀝青發(fā)泡后性能依舊良好。

泡沫溫拌技術(shù)在美國部分州已得到大規(guī)模應(yīng)用，但在我國泡沫瀝青用水量對膠結(jié)料性能的影響相關(guān)理論不夠全面，仍值得深入研究。

[1]孫大權(quán),王錫通,湯士良,等.環(huán)境友好型溫拌瀝青混合料制備技術(shù)研究進展[J].石油瀝青,2007,21(4):54-57.

[2]秦永春,黃頌昌,徐劍,等.溫拌瀝青混合料節(jié)能減排效果的測試與分析[J].公路交通科技,2009,26(8):33-37.

[3]劉至飛,吳少鵬,陳美祝,等.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在的問題[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2009,31(4):170-173.

[4]楊虎榮,何桂平,韓海峰.不同粘度瀝青的發(fā)泡性能比較和機理分析[J].公路,2004,6(6):107-112.

[5]HE G P,WONG W G.Decay properties of the foamed bitumen[J].Construction and Buildingmaterials,2006,20:866-877.

[6]栗關(guān)裔,李立寒.瀝青發(fā)泡效果與泡沫瀝青混合料性能的相關(guān)性[J].建筑材料學(xué)報,2008,5(11):554-561.

[7]喬衛(wèi)華.泡沫瀝青發(fā)泡機理及其混合料性能的研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2008.

[8]徐驍龍,葉奮,宋卿卿,等.瀝青疲勞評價指標(biāo)試驗研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2014,31(2):14-19.

[9]PFEIFFER J P,VAN D Pm.The rheological properties of asphaltic bitumen[J].Journal of the Institute of Petroleum,1936,22(4): 414-440.

[10]MCLEOD N W.Asphalt Cements:Pen-vis number and its application tomodul of stiffness[J].Journal of Testing and Evaluation, Vol.4,July 1976.

[11]MIGLIORI F,CORTE J F.Comparative study of RTFOT and PAV ageing simulation laboratory tests.proc[J].Eurobiturne Work shop99(Luxembourg),paper 1999.

Effect of Water Content on Anti-aging Properties of Foamed Asphalt

Gu Yichun,Zhang Cheng,Yu Xin
(College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)

In order to probe into the effect of water content on anti-aging properties of foamed asphalt,this study selected 70#asphalt and SBSmodified asphalt,carried out RTFOT and PAV experiments on foamed asphalt of dif?ferent water content and then adopted G*·sinδ as the evaluation index to research anti-aging properties.Test re?sults show that as water consumption increases,the fatigue limit temperature of 70#asphalt increase and anti-fa?tigue properties decrease in the condition of foaming water content(1%～2%),while anti-fatigue properties perfor?mance of SBSmodified asphalt increase in the condition of foaming water content(3%).

foamed asphalt;anti-aging properties;water content of foamed asphalt;G*·sinδ

U416.217

A

2014-07-18

江蘇省交通運輸廳科研項目（2012Y39）

顧一春（1992—），男，研究生，研究方向為道路與鐵道工程；于新（1975—），男，教授，博導(dǎo)，研究方向為路面材料。

1005-0523（2014）06-0029-05