徐鴻飛

（棗莊學(xué)院城市與建筑工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

0 引 言

鑒于瀝青路面行車安全、舒適、噪音小、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)近年來所建高速公路、一級(jí)公路絕大多數(shù)為瀝青路面。但隨著瀝青路面使用年限的增加，車轍、裂縫、擁包、坑槽等路面損害逐漸出現(xiàn)。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究資料，車轍已經(jīng)成為導(dǎo)致瀝青路面使用性能降低的最主要原因［1］。

我國(guó)夏季氣溫較高，是路面車轍形成的關(guān)鍵時(shí)期。路面損害程度主要取決于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，而瀝青結(jié)合料的高溫性能對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能的貢獻(xiàn)率在40%及以上，因此，優(yōu)選高溫性能良好的瀝青結(jié)合料是建設(shè)優(yōu)良瀝青路面的主要因素［1］。瀝青結(jié)合料作為一種特殊的粘彈性材料，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)其高溫性能的指標(biāo)很多。根據(jù)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)及研究，大部分指標(biāo)均有其評(píng)價(jià)局限性，甚至在評(píng)價(jià)同一瀝青的高溫性能時(shí)結(jié)果相悖［2］。因此，從眾多的評(píng)價(jià)指標(biāo)中選擇最能良好評(píng)價(jià)路面使用性能的指標(biāo)是必要的。

文中選擇6種常用瀝青，并同時(shí)準(zhǔn)備短期老化RTFOT后試樣。對(duì)短期老化前后的瀝青進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)（針入度、軟化點(diǎn)、60℃粘度試驗(yàn)）、動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)以及重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，得到軟化點(diǎn)TR＆B、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800、60℃粘度η；60℃車轍因子G＊／sinδ、等抗車轍因子臨界溫度TG＊／sinδ、蠕變勁度粘性成分Gv、累積應(yīng)變共7種高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)后對(duì)比車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的結(jié)果，選擇最優(yōu)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青

2種普通瀝青：加德士70號(hào)和齊魯70號(hào)；4種改性瀝青：MAC、橡膠粉（廠制）、橡膠（試驗(yàn)室自制）和SBS改性瀝青。

1.2 集料

同一產(chǎn)地石灰?guī)r，顆粒潔凈、棱角分明、無雜質(zhì)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足試驗(yàn)規(guī)程要求。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果

2.1 常規(guī)試驗(yàn)

文中進(jìn)行的常規(guī)試驗(yàn)包括針入度、軟化點(diǎn)及60℃粘度試驗(yàn)。試驗(yàn)方法按照文獻(xiàn)［3］進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 短期老化前后TR＆B、T800及η

2.2 動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）

試驗(yàn)方法按照AASHTO TP5－93進(jìn)行，采用應(yīng)變控制加載模式（原樣瀝青控制應(yīng)變值12%，RTFOT為10%），頻率ω＝10rad／s，溫度為58，64，70，76，82，88 ℃。

根據(jù)試驗(yàn)得到的各個(gè)溫度對(duì)應(yīng)的車轍因子G＊／sinδ數(shù)值計(jì)算60℃時(shí)的G＊／sinδ以及等抗車轍因子臨界溫度 TG＊／sinδ，即原樣瀝青的 TG＊／sinδ為1.0kPa，RTFOT后瀝青的TG＊／sinδ為2.2kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度［4］。

試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 短期老化前后60℃G＊／sinδ，TG＊／sinδ

2.3 重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀?？紤]到我國(guó)公路實(shí)際行車狀況、路面受力水平，試驗(yàn)采用應(yīng)力控制模式：分別用120，300Pa兩個(gè)應(yīng)力水平；根據(jù)我國(guó)夏季路面溫度試驗(yàn)溫度采用60℃［5－6］；瀝青路面實(shí)際的荷載變形響應(yīng)其實(shí)相當(dāng)于多個(gè)加卸載周期，為了模擬路面實(shí)際的行車荷載狀況，試驗(yàn)采用每個(gè)加卸載周期加載蠕變1s、卸載恢復(fù)9s，重復(fù)100次，其中9s恢復(fù)期實(shí)際上模擬了路面前后兩次行車作用荷載的間隔期［7］。

根據(jù)Burgers流變模型對(duì)第50，51次的試驗(yàn)結(jié)果擬合，得到蠕變勁度的粘性成分Gv。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 短期老化前后Gv、累積應(yīng)變

2.4 瀝青混合料車轍試驗(yàn)

瀝青結(jié)合料高溫性能的優(yōu)劣最終要體現(xiàn)在瀝青混合料的高溫性能上。我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》采用60℃車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能［3］。文中以車轍試驗(yàn)對(duì)以上7種指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。為了更加凸顯不同瀝青結(jié)合料高溫性能的優(yōu)劣，除結(jié)合料不同，其它方面均相同，包括使用同產(chǎn)地、同標(biāo)準(zhǔn)集料、同級(jí)配類型、同樣的試驗(yàn)條件等。

級(jí)配為連續(xù)級(jí)配細(xì)粒式 AC－13，滿足文獻(xiàn)［8］要求，見表4。

表4 連續(xù)級(jí)配瀝青混合料AC－13

由馬歇爾試驗(yàn)確定普通瀝青、改性瀝青用量分別為4.6%，4.8%，礦粉含量6%。瀝青混合料試件經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)確定體積指標(biāo)符合規(guī)范要求，見表5。

車轍試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 排序分析

根據(jù)上面所列數(shù)據(jù)，原樣瀝青7種指標(biāo)的數(shù)值大小排序與動(dòng)穩(wěn)定度一致的有G＊／sinδ，Gv、累積應(yīng)變，RTFOT后一致的有T800，60℃粘度η，Gv（120Pa）、累積應(yīng)變。因此，短期老化前后排序均一致的指標(biāo)只有Gv（120Pa）和累積應(yīng)變。

3.2 相關(guān)性分析

各指標(biāo)均與動(dòng)穩(wěn)定度做相關(guān)性分析（僅以Gv（120Pa）為例），如圖1和圖2所示。

圖1 Gv（120Pa）與DS（原樣）

圖2 Gv（120Pa）與DS（RTFOT）

分別得到相關(guān)系數(shù)，結(jié)果匯總見表7。

表7 各評(píng)價(jià)指標(biāo)與動(dòng)穩(wěn)定度相關(guān)系數(shù)

表7的結(jié)果一定程度上可以表示各指標(biāo)在評(píng)價(jià)瀝青高溫性能時(shí)的優(yōu)劣程度。從總體上看，重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)得到的指標(biāo)優(yōu)于動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)的指標(biāo)，常規(guī)指標(biāo)與動(dòng)穩(wěn)定度的相關(guān)性最差。說明常規(guī)指標(biāo)在評(píng)價(jià)瀝青高溫性能時(shí)可靠性較低；G＊／sinδ和TG＊／sinδ一定程度上可以采用，但在評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫性能時(shí)排序較亂需謹(jǐn)慎使用；Gv可以很好地對(duì)瀝青高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，累積應(yīng)變較之Gv可靠性稍低，但仍可以較好地使用。

從表7可以看出，短期老化前后與動(dòng)穩(wěn)定度相關(guān)性均較好地指標(biāo)為Gv（120Pa），Gv（300Pa），60℃ G＊／sinδ，TG＊／sinδ、累積應(yīng)變（120Pa）、累積應(yīng)變（300Pa），說明這些指標(biāo)可以較好的評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能，其中Gv的相關(guān)性最好。結(jié)合排序分析，所有指標(biāo)中即與動(dòng)穩(wěn)定度排序相一致又相關(guān)性很好的指標(biāo)為120Pa應(yīng)力水平下的Gv，此為最優(yōu)指標(biāo)。

4 結(jié) 語

1）國(guó)內(nèi)常用的評(píng)價(jià)瀝青高溫性能的常規(guī)指標(biāo)TR＆B，T800和60℃粘度η可靠性較低。G＊／sinδ，TG＊／sinδ一定程度上可以采用，可靠性優(yōu)于常規(guī)指標(biāo)，但用于評(píng)價(jià)改性瀝青時(shí)可靠性還需進(jìn)一步分析。Gv和累積應(yīng)變可以較好地用來評(píng)價(jià)瀝青高溫性能。

2）在評(píng)價(jià)瀝青高溫性能的試驗(yàn)方法上，重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)優(yōu)于動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)優(yōu)于常規(guī)試驗(yàn)。

3）120Pa應(yīng)力水平下的蠕變勁度粘性成分Gv最能反映瀝青高溫性能的優(yōu)劣，為最佳指標(biāo)。

［1］沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］Bouldin M G，Dongre R，Angelo D.Proposed refinement to the superpave high temperature specification parameter for performance graded binders［R］.Transportation Research.Record，No.1766，National Research Council，Washington，2001：40－47.

［3］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ 052－2000）［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［4］Desmaze C，Lecomte M，Phillips M.A protocol for reliable measurement of Zero Shear Viscosity in order to evaluate the antirutting performance of binders［C］／／Proceedings 2nd Eurasphalt ＆ Eurobitume Congress.Barelona：Eurasphalt and Eurobitume Congress，2000：203－211.

［5］張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學(xué)原理及應(yīng)用［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］張肖寧，孟勇軍，鄒桂蓮.基于重復(fù)蠕變的改性瀝青高溫指標(biāo)［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（4）：23－28.

［7］馮中良，王瑞強(qiáng)，曹榮吉.重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)評(píng)價(jià)瀝青高溫性能的研究［J］.中外公路，2007，27（1）：181－183.

［8］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTJ032－94［S］.北京：人民交通出版社，1994.