劉紅瑛　徐金枝　張振興　常?！『屡辔?/p>

(長(zhǎng)安大學(xué) 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710064)

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多聚磷酸改性瀝青高溫評(píng)價(jià)性能指標(biāo)研究*

劉紅瑛徐金枝張振興常睿郝培文

(長(zhǎng)安大學(xué) 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710064)

針對(duì)不同多聚磷酸改性瀝青膠結(jié)料進(jìn)行了常規(guī)高溫性能試驗(yàn)和Superpave高溫性能試驗(yàn)，得到了不同的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)比分析了瀝青膠結(jié)料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系.采用改進(jìn)后的車轍試驗(yàn)驗(yàn)證了瀝青混合料的高溫性能，研究了瀝青膠結(jié)料與混合料高溫性能之間的相關(guān)性.通過(guò)差示掃描量熱法(DSC)試驗(yàn)分析了多聚磷酸改性瀝青以及SBS復(fù)配多聚磷酸改性瀝青的改性機(jī)理.結(jié)果表明：軟化點(diǎn)和累積應(yīng)變可以較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同類型瀝青膠結(jié)料的高溫性能；摻加多聚磷酸可以減小基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的熱流率，從而改善基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的熱穩(wěn)定性；累積應(yīng)變可作為高彈改性瀝青膠結(jié)料的較合理評(píng)價(jià)指標(biāo).

道路工程；多聚磷酸；改性瀝青；累積應(yīng)變

多聚磷酸改性瀝青與傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青相比，具有價(jià)格低廉、改性工藝簡(jiǎn)單和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì).近年來(lái)多聚磷酸改性瀝青越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)道路工程人員的重視，但目前對(duì)多聚磷酸改性瀝青的研究仍處在初步階段[1- 3].

近年來(lái)相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于多聚磷酸改性瀝青的研究，王云普等[4]對(duì)多聚磷酸復(fù)配丁苯橡膠(SBR)改性瀝青進(jìn)行了研究，考察交聯(lián)劑、增塑劑、制備工藝對(duì)瀝青高溫性能的影響；余文科等[5]自制了多聚磷酸改性劑，對(duì)多聚磷酸改性瀝青的路用性能、微觀形態(tài)和改性機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明多聚磷酸改善了瀝青混合料的高溫性能，對(duì)水穩(wěn)定性和低溫性能無(wú)顯著影響；張恒龍等[6]采用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)研究了多聚磷酸改性瀝青的流變性能，結(jié)果表明多聚磷酸改性瀝青復(fù)數(shù)模量增大，相位角減小，多聚磷酸改善了瀝青的熱穩(wěn)定性.目前的大多數(shù)研究都只是針對(duì)多聚磷酸改性瀝青的技術(shù)性能，對(duì)其評(píng)價(jià)指標(biāo)研究較少，長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，試驗(yàn)所得到的瀝青高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)并不能客觀且準(zhǔn)確地反映瀝青的實(shí)際路用性能[7- 10].因此，有必要在這些試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)間進(jìn)行優(yōu)選，以期得到能夠反映瀝青實(shí)際路用性能的最佳評(píng)價(jià)指標(biāo).

多聚磷酸(PPA)能夠增大基質(zhì)瀝青的黏度，從而增強(qiáng)瀝青的高溫抗變形能力，其改性機(jī)理與苯乙烯系熱塑性彈性體(SBS)聚合物有很大區(qū)別.文中通過(guò)瀝青膠結(jié)料高溫性能常規(guī)試驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)和重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)等對(duì)PPA改性瀝青、聚合物改性瀝青以及聚合物復(fù)配PPA改性瀝青的高溫性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析不同高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，通過(guò)改進(jìn)后的60℃瀝青混合料室內(nèi)車轍試驗(yàn)對(duì)膠結(jié)料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，提出符合PPA以及聚合物改性瀝青的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo).

1　試驗(yàn)方案

1.1原材料

采用110%工業(yè)級(jí)多聚磷酸，基質(zhì)瀝青為東明70#道路石油A級(jí)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1和2所示.

表1　多聚磷酸技術(shù)指標(biāo)

表2　東明70#瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2多聚磷酸改性瀝青方案

依據(jù)國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)，多聚磷酸改性瀝青中多聚磷酸的摻量一般都在0～2%[11].在多聚磷酸改性試驗(yàn)中，多聚磷酸摻量取中間值1%.在多聚磷酸復(fù)配聚合物改性中，SBS摻量為4.5%，SBR摻量為2.5%，在復(fù)配改性中，多聚磷酸的摻量為0.75%.最終確定6種方案，如表3所示.

表3　不同瀝青方案

1.3多聚磷酸改性瀝青制備工藝及試驗(yàn)

不同改性瀝青制備工藝如表4所示.

表4　改性瀝青制備工藝

文中采用軟化點(diǎn)、60 ℃動(dòng)力黏度、動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)以及重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)6種不同膠結(jié)料的高溫性能，同時(shí)通過(guò)60 ℃瀝青混合料室內(nèi)車轍試驗(yàn)對(duì)膠結(jié)料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證.

2　高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

2.1常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1.1軟化點(diǎn)

不同膠結(jié)料的軟化點(diǎn)測(cè)定結(jié)果如表5所示.由表5可知，PPA改性瀝青的軟化點(diǎn)比基質(zhì)瀝青提高了6.5 ℃，SBR復(fù)配PPA改性瀝青軟化點(diǎn)比SBR單一改性瀝青提高2 ℃.但是SBS復(fù)配PPA改性瀝青軟化點(diǎn)卻比SBS單一改性瀝青減小了13.6 ℃，這與SBS的摻量有直接關(guān)系.SBR改性瀝青軟化點(diǎn)僅僅比基質(zhì)瀝青高了1.3 ℃，而SBS提高了31.4 ℃，表明SBS對(duì)瀝青的高溫改善效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于SBR.

表5　6種瀝青軟化點(diǎn)

2.1.260 ℃動(dòng)力黏度

60 ℃動(dòng)力黏度試驗(yàn)結(jié)果如表6所示.由表6可知，PPA改性瀝青的60 ℃黏度是基質(zhì)瀝青的3.25倍，SBS(SBR)復(fù)配PPA改性瀝青60 ℃黏度較SBS(SBR)單一改性瀝青有大幅度提高，表明PPA可以顯著增大瀝青的黏度.與SBS改性瀝青相比，SBR改性瀝青的黏度增加幅度不大，這說(shuō)明SBR并不能夠有效改善瀝青的高溫性能.6種瀝青60 ℃黏度試驗(yàn)和實(shí)測(cè)軟化點(diǎn)試驗(yàn)的高溫性能排序在SBS改性和SBS復(fù)配PPA改性瀝青上出現(xiàn)相反的現(xiàn)象，說(shuō)明SBS類改性瀝青有其特殊性.

表6　6種瀝青的60 ℃動(dòng)力黏度

2.2Superpave評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

(1)車轍因子G*/sinδ和改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9.

相關(guān)研究表明，G*/sinδ并不能夠很好地反映SBS類高彈改性瀝青的高溫抗永久變形能力.采用改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9可以更好地評(píng)價(jià)瀝青的高溫抗變形性能[12].因此，對(duì)6種瀝青進(jìn)行常規(guī)的動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，溫度范圍58～82 ℃.得到流變參數(shù)G*和δ，計(jì)算得到不同溫度下的車轍因子G*/sinδ和改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9，如表7所示.

由表7可知，6種瀝青的改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9和G*/sinδ相比都有不同程度的增大.SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青的G*/(sinδ)9大幅度增加，而其他4種瀝青增幅較小.這是由于評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)相位角δ的敏感程度而造成的.因此在采用相同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9可以顯著提高SBS類等高彈性改性瀝青的高溫性能評(píng)價(jià)等級(jí).

表7　動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)G*/sinδ和G*/(sinδ)9

為了和60 ℃瀝青混合料車轍試驗(yàn)溫度相統(tǒng)一，對(duì)G*/sinδ、G*/(sinδ)9和溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合，推導(dǎo)出60 ℃下的G*/sinδ和G*/(sinδ)9，如圖1所示.

圖1　60 ℃下的G*/sinδ和G*/(sinδ)9

由圖1可知，60 ℃SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青的G*/(sinδ)9較G*/sinδ有大幅度增加，而其他兩組瀝青只是略微增大，表明SBS類改性瀝青對(duì)改進(jìn)型車轍因子的敏感性很強(qiáng).雖然采用G*/(sinδ)9可以提高SBS類改性瀝青的高溫等級(jí)，但是SBS單一改性瀝青和SBS復(fù)配改性瀝青高溫性能的排序依然不變.60 ℃下的G*/(sinδ)9和G*/sinδ都表明PPA可以改善瀝青的高溫性能.由圖2可知，1%PPA可以

圖2　6種瀝青高溫PG等級(jí)

將基質(zhì)瀝青PG等級(jí)由64 ℃提高至76 ℃，提高了兩個(gè)高溫等級(jí)，SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青PG等級(jí)均為82 ℃，而SBR和SBR復(fù)配PPA改性瀝青PG等級(jí)為70 ℃，說(shuō)明PPA高溫改性效果優(yōu)于SBR，但不如SBS.

(2)臨界溫度TG*/sinδ和TG*/(sinδ)9

Sam Maccarrone等[12- 13]提出了等車轍因子臨界溫度的概念.根據(jù)車轍因子和溫度之間的規(guī)律，預(yù)估車轍因子達(dá)到Superpave規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值(原樣1.0 kPa，RTFOT2.2 kPa)時(shí)的溫度.6種瀝青的等車轍因子臨界溫度TG*/sinδ和等改進(jìn)型車轍因子臨界溫度TG*/(sinδ)9如表8所示.

表8　6種瀝青的TG*/sinδ和TG*/(sinδ)9

由表8可知，PPA改性瀝青的臨界溫度比基質(zhì)瀝青高了12 ℃左右，SBR復(fù)配PPA比SBR單一改性瀝青臨界溫度高4 ℃左右.但SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青有很大不同.TG*/sinδ指標(biāo)表明SBS復(fù)配PPA臨界溫度僅比SBS單一改性高了1 ℃，但是TG*/(sinδ)9指標(biāo)表明兩種瀝青排序完全相反，且SBS復(fù)配PPA改性瀝青臨界溫度比SBS單一改性瀝青有大幅度下降.TG*/sinδ和TG*/(sinδ)9在SBS類改性瀝青高溫性能排序上相反.哪一個(gè)指標(biāo)更能體現(xiàn)瀝青實(shí)際路用性能還需要瀝青混合料車轍試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證.

2.2.2重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

(1)蠕變勁度粘性成分GV

重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(RCRT)以蠕變勁度的粘性成分GV作為高溫指標(biāo).GV值越大，瀝青高溫性能越好[14- 15].考慮到SBS類改性瀝青的黏度較大，文中采用高應(yīng)力3 200 Pa對(duì)原樣瀝青進(jìn)行重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(RCRT)試驗(yàn).6種瀝青擬合得到的GV如表9所示.

表96種瀝青的蠕變勁度粘性成分GV

Table 9Values of creep stiffness viscosity componentGVof six kinds of asphalts

瀝青種類基質(zhì)瀝青1%PPA4.5%SBS3%SBS+0.75%PPA2.5%SBR2.5%SBR+0.75%PPAGV/kPa0.2841.1985.4978.7670.3480.560

由表9可知，PPA改性瀝青的GV值明顯大于基質(zhì)瀝青，SBS(SBR)復(fù)配PPA改性瀝青的GV值大于SBS(SBR)單一改性瀝青，說(shuō)明PPA有助于改善瀝青的高溫性能，且SBS復(fù)配PPA的改性方法明顯優(yōu)于SBR復(fù)配PPA改性瀝青.SBR改性瀝青的GV只是比基質(zhì)瀝青略大，復(fù)配PPA后也沒(méi)有明顯增大，GV指標(biāo)也再一次說(shuō)明SBR的高溫改性作用十分有限.

(2)累積應(yīng)變

6種瀝青重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(RCRT)下第100次的循環(huán)累積應(yīng)變?nèi)绫?0所示.

表10　6種瀝青累積應(yīng)變

由表10可知，基質(zhì)瀝青的累積應(yīng)變是PPA改性瀝青的3.5倍，SBR單一改性瀝青的累積應(yīng)變是SBR復(fù)配PPA改性瀝青的1.6倍，但是SBS復(fù)配PPA改性瀝青的累積應(yīng)變卻大于SBS單一改性，這與兩者的SBS摻量有直接關(guān)系.

3　瀝青混合料60 ℃車轍驗(yàn)證試驗(yàn)

表11是對(duì)6種瀝青混合料(AC-13C)60 min車轍試驗(yàn)得到的變形量和動(dòng)穩(wěn)定度.SBS改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度大于SBS復(fù)配PPA改性瀝青，但是前者的變形量卻是后者的兩倍.

表1160 min下6種瀝青混合料的車轍變形量和動(dòng)穩(wěn)定度

Table 11Rutting deformation and dynamic stability of six kinds of asphalt mixtures after 60 min

瀝青種類基質(zhì)1%PPA4.5%SBS3%SBS+0.75%PPA2.5%SBR2.5%SBR+0.75%PPA60min變形量/mm5.3353.2741.9210.9685.0593.399動(dòng)穩(wěn)定度/(次·mm-1)94120325081381818051898

針對(duì)上述常規(guī)的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)SBS和SBS復(fù)配PPA瀝青混合料的高溫性能情況，考慮將試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)變形量和動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)到一致時(shí)，可以對(duì)瀝青混合料高溫性能做出準(zhǔn)確判斷.因此，將常規(guī)車轍試驗(yàn)輪載作用次數(shù)從2 520次提高到10 000次.按照常規(guī)動(dòng)穩(wěn)定度的計(jì)算方法，采用第7 500次和第10 000次車轍變形量得到修正的動(dòng)穩(wěn)定度：

(1)

式中：DS修正為修正的動(dòng)穩(wěn)定度，次/mm；d1、d2為第7 500次和第10 000次輪載對(duì)應(yīng)的試件表面的變形量，mm；2 500為輪載作用次數(shù).

10 000次車轍試驗(yàn)所得到的修正動(dòng)穩(wěn)定度DS修正和車轍變形量如表12所示.基質(zhì)瀝青DS修正只有800，變形量為9.2 mm，而PPA改性瀝青DS修正增大到2010，車轍變形量減小到6.23 mm，說(shuō)明PPA對(duì)瀝青顯著的高溫改善作用.SBR復(fù)配PPA后，DS修正增大，變形量減小，說(shuō)明SBR復(fù)配PPA后高溫性能增強(qiáng).SBS單一改性和SBS復(fù)配PPA改性瀝青DS修正和變形量結(jié)果一致，都表明SBS單一改性瀝青高溫性能優(yōu)于SBS復(fù)配PPA改性瀝青.

表126種瀝青動(dòng)穩(wěn)定度DS修正和10 000次車轍變形量

Table 12Dynamic stability DS修正and wheel rut deformation after 10 000 times of six kinds of asphalts

瀝青種類基質(zhì)瀝青1%PPA4.5%SBS3%SBS+0.75%PPA2.5%SBR2.5%SBR+0.75%PPA動(dòng)穩(wěn)定度DS修正/(次·mm-1)8252010550040501672190210000次車轍變形量/mm9.2036.1953.1063.6277.1256.904

4　瀝青膠結(jié)料高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法適用性分析

SBS類改性瀝青與其他瀝青的區(qū)別主要體現(xiàn)在其具有強(qiáng)大的彈性變形恢復(fù)能力，而PPA改性瀝青和SBR類改性瀝青主要是增大了基質(zhì)瀝青的黏度，對(duì)彈性變形恢復(fù)能力的貢獻(xiàn)并不突出.基質(zhì)瀝青與PPA改性瀝青吸熱焓如圖3所示，4.5%SBS和3%SBS+0.75%PPA改性瀝青的差示掃描量熱法(DSC)曲線如圖4所示.

從圖3不同膠結(jié)料的DSC試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度范圍內(nèi)，PPA改性瀝青的焓值小于基質(zhì)瀝青，且摻量越大焓值越小.表明PPA改性瀝青在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化狀態(tài)下吸熱量較小，瀝青組分聚集態(tài)物質(zhì)變化較少，瀝青熱穩(wěn)定性改善.

由圖4看出，SBS改性瀝青在170 ℃左右出現(xiàn)

圖3　基質(zhì)和PPA改性瀝青吸熱焓

Fig.3Endothermic enthalpy of matrix asphalt and PPA modified asphalt

圖4　SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青DSC曲線

Fig.4DSC curve of SBS and SBS compound PPA modified asphalt

了一個(gè)明顯的放熱峰，這是因SBS與基質(zhì)瀝青的相容性較差而造成的.由于SBS改性瀝青屬于物理改性，但是其與基質(zhì)瀝青仍是以物理共混的形式存在，因此在升溫過(guò)程中，SBS改性劑與基質(zhì)瀝青會(huì)出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，易導(dǎo)致產(chǎn)生放熱峰.SBS復(fù)配PPA改性瀝青DSC曲線比較平滑，高溫狀態(tài)下沒(méi)有放熱峰出現(xiàn)，說(shuō)明通過(guò)復(fù)配PPA的方法可以改善SBS與基質(zhì)瀝青的相容性.

綜上所述，可以將這5種瀝青膠結(jié)料分為高粘穩(wěn)定(PPA改性瀝青、SBR改性瀝青和SBR復(fù)配PPA改性瀝青)和高彈穩(wěn)定(SBS改性瀝青和SBS復(fù)配PPA改性瀝青)兩大類，分別進(jìn)行高溫性能排序，以分析各高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的適用性，如表13所示.SBR改性瀝青和SBR復(fù)合改性瀝青更適用于中溫及低溫地區(qū)，SBS改性瀝青以及SBS復(fù)配PPA改性瀝青更適用于高溫地區(qū).

由表13可以看出：軟化點(diǎn)指標(biāo)在兩類瀝青的高溫性能排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果完全一致.軟化點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)茌^準(zhǔn)確反映6種瀝青膠結(jié)料的高溫性能，它在一定程度上反映了高溫下改性劑與基質(zhì)瀝青的相互作用程度.因此，軟化點(diǎn)指標(biāo)可以用來(lái)評(píng)價(jià)不同瀝青膠結(jié)料高溫性能的優(yōu)劣.

表13　6種瀝青分類排序

60 ℃動(dòng)力黏度指標(biāo)在高黏類瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相同，但在SBS類高彈改性瀝青的排序上與車轍試驗(yàn)相反.因此，60 ℃動(dòng)力黏度可以用來(lái)評(píng)價(jià)以增大瀝青黏度為主要目標(biāo)的改性瀝青的高溫性能，但不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)SBS類高彈改性瀝青.

G*/sinδ和G*/(sinδ)9指標(biāo)在高黏類瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相同，但在SBS類高彈改性瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相反，說(shuō)明這兩個(gè)指標(biāo)同樣無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)高彈改性瀝青的實(shí)際高溫性能.無(wú)論是車轍因子G*/sinδ還是改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9都不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)SBS類高彈改性瀝青的高溫性能.

TG*/sinδ在高黏類瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相同，但在SBS類高彈改性瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相反，TG*/(sinδ)9在兩類瀝青的高溫性能排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果一致.

文中根據(jù)車轍因子1.0 kPa所推導(dǎo)得到的臨界溫度應(yīng)高于82 ℃，并不在測(cè)試溫度范圍之內(nèi)，這與當(dāng)量軟化點(diǎn)T800的推導(dǎo)思想是一樣的.但采用某溫度范圍內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)去推斷溫度范圍外的瀝青性能是缺乏事實(shí)依據(jù)的.因此，TG*/(sinδ)9也不能真正準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青的實(shí)際高溫性能.

GV指標(biāo)在高黏類瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相同，但在SBS類高彈改性瀝青的排序上與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相反.GV指標(biāo)建立在重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(RCRT)基礎(chǔ)上，解決了動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)荷載作用模式和流變模型的問(wèn)題，但是試驗(yàn)結(jié)果表明GV仍然沒(méi)能表征SBS類高彈改性瀝青實(shí)際高溫性能.這主要受加載與卸載組合方式影響，對(duì)于SBS類改性瀝青，其卸載時(shí)間應(yīng)充分反映出該類材料的彈性恢復(fù)才有意義.

累積應(yīng)變指標(biāo)表明，SBS單一改性瀝青高溫性能優(yōu)于SBS復(fù)配PPA改性瀝青，這與改進(jìn)車轍試驗(yàn)結(jié)果相同.RCRT試驗(yàn)加卸載作用模式與車轍試驗(yàn)輪載的作用模式有較強(qiáng)的相關(guān)性，從圖5可以看出，第25次加載前，SBS和SBS復(fù)配PPA改性瀝青的累積應(yīng)變值處于同一水平，但超過(guò)25后，SBS復(fù)配PPA改性瀝青累積應(yīng)變開(kāi)始大于SBS單一改性瀝青，且兩者之差越來(lái)越大.

圖5　加載次數(shù)與累積應(yīng)變關(guān)系

重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)采用加載1 s卸載9 s連續(xù)加載100次加載方式，試驗(yàn)溫度60 ℃，其應(yīng)變與時(shí)間關(guān)系曲線與瀝青路面永久變形的實(shí)際蠕變曲線基本一致；且100次加載下的累計(jì)應(yīng)變僅關(guān)注最后的變形結(jié)果，其充分考慮了彈性恢復(fù)影響，對(duì)于SBS類高彈改性瀝青膠結(jié)料不失為最佳評(píng)價(jià)指標(biāo).

5　結(jié)論

文中對(duì)6種瀝青膠結(jié)料的常規(guī)高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)和Superpave高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，并通過(guò)60 ℃瀝青混合料車轍試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，得出了以下結(jié)論：

(1)膠結(jié)料高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)與混合料試驗(yàn)結(jié)果相一致的有軟化點(diǎn)、TG*/(sinδ)9和累積應(yīng)變這3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo).軟化點(diǎn)和累積應(yīng)變可以較準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同類型瀝青膠結(jié)料的高溫性能.推薦重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)累積應(yīng)變?yōu)镾BS類高彈改性瀝青膠結(jié)料的最佳評(píng)價(jià)指標(biāo).

(2)DSR試驗(yàn)車轍因子G*/sinδ和改進(jìn)型車轍因子G*/(sinδ)9評(píng)價(jià)指標(biāo)在加載模式和流變模型上存在缺陷；臨界溫度TG*/(sinδ)和TG*/(sinδ)9是通過(guò)58～82 ℃測(cè)定的車轍因子外延到該溫度范圍外推導(dǎo)而來(lái)，重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)GV評(píng)價(jià)指標(biāo)在加卸載組合模式上不合理.這些指標(biāo)均不能合理評(píng)價(jià)目前常用SBS改性瀝青的高溫性能.

(3)評(píng)價(jià)改性瀝青膠結(jié)料的高溫性能時(shí)，應(yīng)將改性瀝青分為高粘和高彈兩類，分別確定評(píng)價(jià)指標(biāo).PPA作為化學(xué)改性瀝青的代表，其改性作用主要是增大瀝青的黏度，而對(duì)瀝青彈性性能沒(méi)有大的改善.

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s: Supported by the National Natural Science Foundation of China(51278060)

Investigation into High Temperature Evaluation Indexes of Polyphosphoric Acid-Modified Asphalt

LIUHong-yingXUJin-zhiZHANGZhen-xingCHANGRuiHAOPei-wen

(Key Laboratory of Road Structure and Material of MOC, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

The conventional high temperature performance test and the Superpave high temperature performance test were carried out by using different modified asphalt binders, thus achieving different high temperature performance indexes. Then, the relationships between the indexes were discussed. Moreover, the high temperature performance of asphalt mixtures was verified by the improved rutting test, and the correlation between the high temperature performance of the asphalt binder and that of the asphalt mixture was investigated. Finally, the modification mechanisms of the polyphosphoric acid (PPA)-modified asphalt and the SBS compound PPA-modified asphalt were analyzed by means of DSC. The results show that (1) the softening point and the accumulated strain can evaluate the high temperature performance of different types of asphalt binders more accurately; (2) the addition of PPA can decrease the heat flow rates of both the matrix asphalt and the SBS-modified asphalt, thus improving their thermal stability; and (3) the cumulative strain can be used as a reasonable evaluation index of high elastic modified asphalt binder.

road engineering; polyphosphoric acid; modified asphalt; cumulative strain

2015- 12- 24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278060)

劉紅瑛(1971-)，女，博士，副教授，主要從事路面材料與結(jié)構(gòu)研究.E-mail:gli71@gl.chd.edu.cn

郝培文(1967-)，男，博士，教授，主要從事路面材料與結(jié)構(gòu)研究.E-mail:haopw@yahoo.com.cn

1000- 565X(2016)08- 0098- 08

U 414

10.3969/j.issn.1000-565X.2016.08.015