熊 剛，劉 焰

(1.新疆交通建設集團股份有限公司， 烏魯木齊 830000； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

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RET改性瀝青高低溫性能試驗分析

熊 剛1，劉 焰2

(1.新疆交通建設集團股份有限公司， 烏魯木齊 830000； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

采用瀝青3大指標試驗、DSR試驗和BBR試驗比較不同摻量RET改性劑的改性瀝青技術性能，對RET改性瀝青混合料進行高溫車轍試驗和低溫小梁3點彎曲試驗，驗證RET改性劑對瀝青高、低溫性能的影響作用。試驗結果表明：RET改性劑摻入瀝青后，25 ℃針入度值降低，軟化點和5 ℃延度值均有所增加；RET改性瀝青的高溫臨界溫度和瀝青混合料動穩(wěn)定度值均隨著RET摻量的增加而提高；隨著RET摻量增加，改性瀝青蠕變勁度降低、蠕變曲線斜率增加，且混合料的彎曲應變能密度也會不斷增加。

RET改性瀝青；動態(tài)剪切試驗DSR；彎曲蠕變勁度試驗BBR；路用性能

隨著我國經濟水平迅速發(fā)展，道路交通量快速增加，超載現象較為普遍，其加劇了我國瀝青路面早期病害的形成，部分新建公路甚至在通車1～2年內就出現了坑槽、麻面、車轍和開裂等病害，造成路面服務水平大幅下降，難以滿足使用要求[1]。為最大限度地避免早期病害發(fā)生，延長瀝青路面的使用壽命，高性能改性瀝青材料成為一種有效選擇，其中尤以聚合物改性瀝青應用居多[2]。按照聚合物改性劑的不同，聚合物改性瀝青可分為SBS、SBR、EVA及PE類等[3]。

近年來，對應于聚合物改性瀝青，RET改性瀝青由于其獨特的優(yōu)勢和全新的改性理念，已得到業(yè)界人士的關注。相關研究表明[4]，RET改性瀝青與傳統聚合物改性瀝青相比其優(yōu)勢明顯：1) RET改性瀝青有良好的儲存穩(wěn)定性；而聚合物改性瀝青屬于物理改性，易發(fā)生離析現象，儲存穩(wěn)定性較差，不利于遠距離運輸和工程施工。2) RET改性瀝青加工方便，直接進行機械攪拌即可，不需采用特殊加工設備；而聚合物改性瀝青需要諸如膠體磨和高速剪切機進行剪切研磨以便將聚合物打碎，從而使其均勻分散到瀝青中。3) RET改性瀝青價格相對聚合物改性瀝青價格更為便宜，其經濟效益可觀。

RET改性瀝青作為一種新型改性瀝青在國外受到了普遍關注[5-6]，但國內目前對其研究和認識還較為有限。本文為明確RET改性劑對基質瀝青的影響作用，基于瀝青3大物理指標試驗、剪切流變(DSR)試驗和彎曲梁流變(BBR)試驗對比研究RET改性瀝青和基質瀝青的技術性能，并采用車轍試驗和低溫彎曲試驗分別驗證RET改性瀝青混合料的高溫和低溫路用性能。

1 試驗原材料

1.1 基質瀝青

試驗所用基質瀝青為殼牌70#A級瀝青，其技術指標如表1所示。

表1 殼牌70#A級瀝青性能試驗結果

1.2 RET改性劑

RET的含義是一種由乙烯主鏈與2種共聚物單體聚合而成的彈性體，本次試驗采用的RET改性劑由美國杜邦公司生產，其物理指標試驗結果如表2所示。參照文獻[7]工藝制備RET改性瀝青：首先把基質瀝青加熱到185 ℃，然后將一定摻量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)的RET改性劑緩慢加入基質瀝青，并持續(xù)攪拌3.5 h；之后緩慢加入質量為瀝青質量0.2%的多聚磷酸PPA，其主要起催化作用；加完PPA并攪拌1 h后停止，最后發(fā)育2 h即可得到RET改性瀝青。

1.3 礦料

集料為石灰?guī)r碎石和機制砂，礦粉由石灰?guī)r磨細而成，礦料級配為AC-13型。礦料密度試驗結果如表3所示，合成級配曲線如圖1所示。

圖1 AC-13礦料級配曲線

檢測指標顏色氣味密度/(g·cm-3)熔融溫度/℃熔流率(190℃/2.16kg)/(g/10min)結果白色無味0.9377312

表3 礦料密度試驗結果

2 試驗方法

2.1 瀝青試驗2.1.1 3大物理指標試驗

對制備好的RET改性瀝青進行25 ℃針入度、軟化點和5 ℃延度試驗，參照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》規(guī)定方法進行試驗。

2.1.2 DSR試驗

DSR試驗可以測定瀝青材料的復數剪切模量G*和相位角δ以表征瀝青材料的粘彈性質。本文采用DSR試驗得到Superpave瀝青規(guī)范定義的車轍因子G*/sinδ以評價RET改性瀝青的高溫穩(wěn)定性能。通常其值越大瀝青的高溫性能就越好[8]。試驗過程中，采用大旋轉軸試驗板，板間距1 mm，在應力控制模式(0.12 kPa)下施加頻率為10 rad/s的正弦震蕩荷載，以確保瀝青變形控制線粘彈性區(qū)域。試驗溫度設定為64、70、76、82和88 ℃。

2.1.3 BBR試驗

BBR試驗可以測試瀝青在低溫下的勁度，瀝青低溫勁度越大，其脆性特性就越明顯，路面就越容易在低溫下開裂。BBR試驗利用梁理論來計算瀝青小梁試件在蠕變荷載作用下的勁度，用蠕變荷載來模擬溫度下降時路面產生的應力，其蠕變勁度計算公式如下：

(1)

式中：S為蠕變勁度模量；P為集中荷載；L為梁跨距，取102 mm；b為梁寬，取12.5 mm；h為梁高，取6.25 mm；δt為跨中撓度。

BBR試驗勁度模量典型曲線如圖2所示。根據圖2還可以得到瀝青在各時刻曲線斜率的絕對值m值，m值反映了瀝青勁度模量隨變形的反應情況，其值越大越好[9]。本文在-18 ℃下，對RET改性瀝青進行BBR試驗，測得瀝青在240 s內的跨中撓度、60 s時的勁度S和m值，以評價采用不同摻量RET改性劑時復合改性瀝青的低溫性能。

圖2 BBR試驗勁度模量S和勁度模量曲線m值

2.2 瀝青混合料試驗2.2.1 車轍試驗

車轍試驗是我國評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性最常用的方法。本文按照JTG E20—2011中規(guī)定的方法進行車轍試驗并得到動穩(wěn)定度指標DS，以比較不同RET摻量瀝青混合料的抗車轍能力。

2.2.2 低溫彎曲試驗

采用電液伺服萬能材料機MTS在-10 ℃下對瀝青混合料進行低溫彎曲試驗。根據試件在破壞時刻的荷載、跨中撓度并采用JTG E20—2011中的公式便可計算小梁的彎拉強度σ0和破壞應變ε0。目前我國主要采用破壞應變ε0來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，但部分學者認為該指標僅考慮了瀝青混合料在低溫下的變形能力，而忽略了抗拉強度的作用[10-11]。近年來，基于能量角度，綜合考慮了變形和強度2個指標的應變能密度逐漸應用于瀝青混合料低溫性能評價中，其計算方法為根據小梁試件的σ-ε曲線，得出峰值荷載之前曲線的包絡面積。小梁彎拉試驗應力應變典型曲線如圖3所示。本次試驗中，各混合料在低溫下彈性特征明顯，在峰值荷載前彎拉應力σ與彎拉應變ε基本呈正比例關系，所以應變能密度按公式(2)近似計算：

(2)

式中：W為應變能密度。

圖3 小梁彎拉試驗應力應變曲線

3 試驗結果與分析

3.1 物理指標試驗結果

不同摻量RET改性瀝青針入度、軟化點和延度試驗結果如表4所示。由表4可知，RET摻量為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的改性瀝青其針入度分別比基質瀝青降低了0.4、0.5、0.6、0.8 mm，表明隨著RET摻量的增加，瀝青針入度不斷減小，稠度逐漸增加，常溫下其抗變形能力不斷提升。從表4還可看出，隨著RET改性劑摻量的增加，瀝青軟化點均有不同程度的增加，摻量為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的RET改性瀝青其軟化點比基質瀝青分別增加了12.7、17.9、21.2、22 ℃，說明 RET 改性劑能夠較好地改善瀝青的高溫穩(wěn)定性。同時還發(fā)現RET摻量在增加到2.0%之前時，軟化點增幅均較為明顯，而摻量由2.0%增加至2.5%時變化不大。比較基質瀝青與不同RET摻量改性瀝青的5 ℃延度指標可知，摻入RET后瀝青的延度值有所提升，但RET摻量超過1.5%后，延度值基本保持穩(wěn)定。表明RET可改善瀝青的低溫性能，但過量的RET對瀝青低溫性能改善作用并不顯著。

表4 不同RET摻量改性瀝青3大指標試驗結果

注：0%～2.5%均代表RET摻量。下同。

3.2 DSR試驗與車轍試驗結果

對不同RET摻量的改性瀝青進行DSR試驗，不同溫度下對應的車轍因子結果如表5所示。從表5可以看出，在不同溫度下，基質瀝青中加入RET后車轍因子均有明顯提高，基質瀝青的高溫PG分級為70 ℃，而摻入RET后，改性瀝青的高溫PG分級已達到82 ℃，說明RET有助于提升瀝青的高溫性能。但從PG分級角度看，RET摻量變化并未改變RET改性瀝青的高溫等級，為此，本文對各摻量下的改性瀝青臨界溫度進行比較。

表5 車轍因子試驗結果

臨界溫度表征瀝青的高溫失效溫度，其計算原理如下[12]：根據試驗得到對應溫度下的車轍因子，按方程進行擬合得到系數a、b，然后反算車轍因子為1 000 Pa時對應的溫度即為該瀝青的臨界溫度。本次試驗中，4種不同RET摻量的改性瀝青的臨界溫度分別為82.2、83.7、86.8和86.9 ℃。試驗結果再次說明，RET摻量增加有助于提升RET改性瀝青的高溫性能。但同時也可以看出，RET摻量大于2.0%時，改性瀝青高溫性能提升速率較小，即摻量增加對高溫性能的增強作用也將不再明顯。

為進一步驗證RET對基質瀝青的高溫改善作用，對基質瀝青和摻加RET的改性瀝青混合料進行了車轍試驗，得到的動穩(wěn)定度結果如圖5所示。從圖5可以看出，RET改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度值明顯高于基質瀝青混合料，證明RET摻入對瀝青混合料高溫性能具有明顯改善作用。同時隨著RET摻量的增加，瀝青混合料高溫性能提升趨勢與瀝青的臨界溫度增加趨勢基本吻合。

3.3 BBR試驗與低溫彎曲試驗結果

對各類改性瀝青進行了-18 ℃BBR試驗，并得到勁度模量S和m值，結果如表6所示。

由表6數據可以看出，與基質瀝青相比，RET改性瀝青蠕變勁度模量S變小，m值變大，表明RET能改善瀝青的低溫性能。隨著RET摻量增加，改性瀝青的勁度模量S隨之降低，蠕變曲線斜率m值隨之降低，表明復合改性瀝青的彎曲流變性能在逐漸變好。深入分析數據還可以看出，RET摻量分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%時，RET改性瀝青相對基質瀝青蠕變勁度模量分別降低了18.1%、37.2%、39.8%和40.7%，蠕變曲線斜率m值分別增加了3.5%、6.5%、7.1%和7.1%，說明RET摻量較低時，S值和m值變化幅度較大；但隨著RET摻量超過1.5%，則S值和m值已無太大變化。

圖5 混合料動穩(wěn)定度結果與瀝青臨界溫度對比

測試指標0%1%1.5%2%2.5%S/MPa226185142136134m值0.3100.3210.3300.3320.332

為驗證RET對基質瀝青低溫性能的影響作用，還進行了瀝青混合料低溫彎曲試驗，計算應變能密度如表7所示。從表7可以看出，隨著RET摻量增加，瀝青混合料的應變能密度隨之增加，從而再次說明基質瀝青中加入RET會對瀝青低溫性能產生積極作用。同時RET摻量對瀝青混合料低溫性能影響的趨勢與對基質瀝青的影響趨勢較為接近。

表7 應變能密度計算結果

4 結論與建議

1) 與基質瀝青相比，RET改性瀝青25 ℃針入度值降低，軟化點和5 ℃延度值均有所增加。

2) RET改性瀝青的高溫臨界溫度和瀝青混合料的動穩(wěn)定度值均隨著RET摻量的增加而提高，表明RET改性劑能提升瀝青的高溫性能，但RET摻量大于2%時，摻量增加對瀝青高溫性能增強作用不再明顯。

3) 與基質瀝青相比，RET改性瀝青蠕變勁度模量S降低，蠕變曲線斜率m值增加，同時RET改性瀝青混合料低溫應變破壞能比基質瀝青混合料的增幅大得多，表明RET可顯著改善瀝青及其混合料的低溫性能。隨著RET摻量的增加，改性瀝青和瀝青混合料低溫性能增強；但RET摻量超過1.5%后，RET的改善作用不再明顯。

4) 綜合考慮RET對基質瀝青高、低溫性能的影響及經濟性，工程應用中采用RET對基質瀝青進行改性時建議其摻量不超過2%。

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Test and Analysis on High/Low Temperature Performance of RET Modified Asphalt

XIONG Gang1, LIU Yan2

This paper icarries out high temperature rutting test and low temperature 3 point bending test on small beam to RET modified asphalt mixture. The tests were based on 3 indices test for asphalt, DSR test and BBR test, to compare technical performance of modified asphalt at different content of RET modifier, so to verify influence of RET modifier to high/low temperature performance of asphalt. Test results show that when adding RET modifier into asphalt, penetration value at 25 ℃ is reduced, while the softness value and ductility value at 5 ℃ increased. In addition, the high temperature critical temperature of RET modified asphalt and dynamic stability value of asphalt mixture improves with the increment of RET content. As RET content increased, the modified asphalt has lower creep stiffness, higher creep curve rate and the bending strain energy density of the mixture continuously increases.

RET modified asphalt; dynamic shearing test DSR; bending creep stiffness test BBR; road performance

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.011

2016-03-14

熊 剛(1970-)，男，四川省樂至縣人，本科，高工。

1009-6477(2016)05-0041-05

U416.217

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