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        基于車轍試驗(yàn)優(yōu)選瀝青高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

        2014-10-10 03:26:02徐鴻飛
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定度車轍瀝青路面

        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.

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