王麗麗，楊泉華，呂錫坤

（蘇州交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

瀝青性能指標(biāo)分析及改性瀝青等級(jí)選擇

王麗麗，楊泉華，呂錫坤

（蘇州交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

瀝青是一種黏彈性材料，無(wú)論是黏性還是彈性都取決于溫度和荷載作用時(shí)間。文章根據(jù)美國(guó)實(shí)測(cè)公路研究計(jì)劃提出的瀝青結(jié)合料性能規(guī)范，結(jié)合蘇州地區(qū)路面溫度，選擇改性瀝青的等級(jí)并測(cè)試了其路用性能。

瀝青膠結(jié)料；性能指標(biāo)；改性瀝青；性能等級(jí)

1 瀝青性能指標(biāo)分析

瀝青是一種黏彈性材料，無(wú)論是黏性還是彈性都取決于溫度和荷載作用時(shí)間。高溫或長(zhǎng)久荷載作用時(shí)呈黏性流體，低溫或瞬時(shí)荷載作用時(shí)呈彈性固體，一般溫度及荷載作用下呈黏彈性。

瀝青主要由高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成，以瀝青為膠結(jié)料的路用性能受瀝青流變性的影響遠(yuǎn)大于它的化學(xué)成分對(duì)路用性能的影響，因此我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定了針對(duì)瀝青物理特性的試驗(yàn)，如針入度、軟化點(diǎn)、延度等檢測(cè)項(xiàng)目［1-2］。美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃提出了瀝青結(jié)合料性能規(guī)范，其特點(diǎn)是各項(xiàng)指標(biāo)與各項(xiàng)路用性能直接相關(guān)。

（1）黏性。在高溫條件下，瀝青呈黏性，瀝青的黏性是指瀝青在外力作用下抵抗剪切變形的能力。黏度是描述液體流動(dòng)阻力的材料特性，用運(yùn)動(dòng)黏度、動(dòng)力黏度、旋轉(zhuǎn)黏度表示瀝青的黏性。

（2）感溫性。瀝青的感溫性是指瀝青對(duì)溫度變化的敏感性，瀝青材料在高溫時(shí)會(huì)軟化，低溫時(shí)會(huì)脆化，用針入度指數(shù)表征瀝青溫度敏感性。

（3）黏附性。瀝青黏附性是指瀝青與石料之間相互作用所產(chǎn)生的吸附能力，用水煮法、浸水法試驗(yàn)測(cè)試瀝青與集料的黏附性。

（4）耐久性。瀝青的耐久性是瀝青性質(zhì)隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，也就是瀝青的老化。瀝青老化后針入度變小，軟化點(diǎn)變大，延度變小。用薄膜烘箱、旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱、Superpave規(guī)范中壓力老化容器測(cè)試瀝青的老化指標(biāo)。

（5）安全性。瀝青在加熱過(guò)程中，其揮發(fā)的油分與空氣混合氣體在高溫下易發(fā)生閃火，閃火時(shí)的溫度是閃點(diǎn)。為保證施工安全性，需控制瀝青材料的加熱溫度，用閃點(diǎn)表征瀝青的安全性。

（6）勁度模量。瀝青是一種典型的黏彈性材料，與溫度和荷載作用時(shí)間有關(guān)。用勁度模量表征瀝青在某一溫度和某一荷載作用時(shí)間的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。用動(dòng)態(tài)流變儀（DSR）測(cè)定瀝青材料的復(fù)數(shù)模量與相位角，表示瀝青的黏彈性質(zhì)。

2 常用的瀝青膠結(jié)料

（1）道路石油瀝青

道路石油瀝青是由地殼中的原油，經(jīng)開采加工為石油瀝青，用于路面鋪筑。70#瀝青是道路石油瀝青中最常用的一種型號(hào),或稱為普通瀝青。普通瀝青的軟化點(diǎn)偏小，高溫抗變形的能力偏低。

（2）改性瀝青

改性瀝青是摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細(xì)的橡膠粉，或者其他外摻劑（改性劑）制成的瀝青結(jié)合料，性能較普通瀝青有所改善。用于瀝青改性的聚合物主要有SBS、PE、EVA、SBR，其中SBS已成為主要的改性劑。

3 改性瀝青等級(jí)的選擇

Superpave膠結(jié)料試驗(yàn)是模擬膠結(jié)料使用壽命期間關(guān)鍵階段的試驗(yàn)［3］，關(guān)鍵階段包括以下3個(gè)階段：第1階段為瀝青運(yùn)輸、儲(chǔ)存和處理；第2階段為瀝青混合料生產(chǎn)和施工；第3階段為路面長(zhǎng)時(shí)間使用后。

對(duì)未老化瀝青取樣做的試驗(yàn)指標(biāo)反映第1階段；利用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱對(duì)膠結(jié)料進(jìn)行老化模擬第2階段；用壓力老化容器把膠結(jié)料放到加熱和壓力環(huán)境中，模擬路面使用中的第3階段。改性瀝青膠結(jié)料PG性能檢測(cè)見表1。

表1 SBS改性瀝青PG76-22試驗(yàn)指標(biāo)

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定瀝青等級(jí)宜按照公路等級(jí)、氣候條件、交通條件、路面類型及在結(jié)構(gòu)層中的層位及受力特點(diǎn)、施工方法等經(jīng)技術(shù)認(rèn)證后確定［4］。Superpave規(guī)范規(guī)定根據(jù)路面服務(wù)的氣候來(lái)選擇瀝青等級(jí)［3］。Superpave規(guī)范與現(xiàn)行規(guī)范的一個(gè)重要區(qū)別是對(duì)所有的性能等級(jí)（PG），物理特性是不變的，而得到所有這些特性的溫度卻要根據(jù)膠結(jié)料擬服務(wù)路面的氣候條件發(fā)生變化。

選擇瀝青等級(jí)的溫度是路面溫度，而不是空氣溫度。Superpave規(guī)范規(guī)定高溫在路面表層以下20 mm深度，低溫在路面表面。

路表面的路面設(shè)計(jì)低溫定義為最低的空氣溫度，PG低溫等級(jí)要低于路面設(shè)計(jì)溫度。蘇州冬天最低溫度一般在0 ℃，2015年最低氣溫為-8.3 ℃，即路面設(shè)計(jì)低溫為-8.3 ℃。因?yàn)镻G低溫等級(jí)的最低溫度為-22 ℃，所以PG等級(jí)選用-22 ℃有100%可靠度。70#瀝青和改性瀝青的低溫等級(jí)都能達(dá)到-22 ℃。

室外現(xiàn)場(chǎng)鋪筑3層瀝青結(jié)構(gòu)層，測(cè)試2015年蘇州地區(qū)夏季高溫天瀝青路面不同深度處的溫度，詳見表2。結(jié)果顯示路表溫度最高，而且路面溫度隨深度的增加而減小。根據(jù)公式（1）計(jì)算路面設(shè)計(jì)溫度T20mm：

式中：Tair為高溫天的平均氣溫；Lat為項(xiàng)目所在地的地理緯度，蘇州的緯度為北緯30°47'～32°02'，本次計(jì)算中選用31°。

蘇州超過(guò)40℃高溫的概率很小，因此采用40 ℃作為設(shè)計(jì)空氣溫度時(shí)可靠度很高。沿用Superpave規(guī)范中的公式計(jì)算得出的路表以下20 mm的溫度比實(shí)測(cè)值小5 ℃左右，因此對(duì)計(jì)算值進(jìn)行修正，加上5 ℃得到最終的路面設(shè)計(jì)溫度，結(jié)果見表3。從表3試驗(yàn)結(jié)果可知，蘇州地區(qū)高溫等級(jí)宜選用PG70。針對(duì)蘇州地區(qū)普通瀝青等級(jí)PG64-22已不適用，根據(jù)今年氣溫條件推薦蘇州地區(qū)改性瀝青等級(jí)選用PG70-22，考慮高等級(jí)道路或重交通道路推薦改性瀝青選用PG76-22。

表2 瀝青路面不同深度溫度實(shí)測(cè)記錄（2015年蘇州）

瀝青路面的病害主要表現(xiàn)為車轍、網(wǎng)裂、坑洞，因此要求瀝青路面具有高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性能以及耐疲勞性能。選擇改性瀝青等級(jí)時(shí)應(yīng)考慮瀝青路面的使用性能和耐久性能的要求。

表3 路面設(shè)計(jì)溫度計(jì)算表

針對(duì)SMA-13瀝青混合料在礦料、級(jí)配不變的情況下，分別選用PG76-22、PG70-22等級(jí)的改性瀝青進(jìn)行瀝青混合料性能驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表4。結(jié)果顯示PG76-22比PG70-22的高溫抗車轍、低溫抗裂、抗水損害性能更優(yōu)，考慮交通量和行駛速度對(duì)瀝青路面的影響，蘇州地區(qū)重交通的高等級(jí)路面，建議改性瀝青選用PG76-22。

表4 SMA-13瀝青混合料性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃提出的瀝青結(jié)合料性能規(guī)范，其各項(xiàng)指標(biāo)與路用性能直接相關(guān)，建議采用此性能規(guī)范，并結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)瀝青指標(biāo)的要求，以更全面地掌控瀝青材料的質(zhì)量。

（2）改性瀝青等級(jí)的選擇，可根據(jù)當(dāng)?shù)販囟妊赜肧uperpave規(guī)范中的公式計(jì)算，并結(jié)合實(shí)測(cè)路面溫度，對(duì)計(jì)算的溫度進(jìn)行修正，以此為標(biāo)準(zhǔn)選擇改性瀝青的等級(jí)，對(duì)于高等級(jí)道路或重交通道路，改性瀝青可提高一個(gè)等級(jí)。

［1］JTJ052—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］ .

［2］JTG E60—2008 公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程［S］ .

［3］美國(guó)瀝青協(xié)會(huì).高性能瀝青路面（Superpave）基礎(chǔ)參考手冊(cè)［M］.賈渝，曹榮吉，李本京譯.北京：人民交通出版社，2002.

［4］JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］ .

［5］呂偉民，孫大權(quán).瀝青混合料設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2007.

表7 調(diào)整后上面層AC-13C瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

4 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合廣西地區(qū)瀝青路面上面層原材料的實(shí)際情況，建議選用設(shè)計(jì)規(guī)范中提出的上面層AC-13C級(jí)配設(shè)計(jì)范圍或者采用Superpave設(shè)計(jì)體系中Sup13的控制點(diǎn)要求進(jìn)行上面層混合料的設(shè)計(jì)，將更有利于設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的瀝青混合料，并產(chǎn)生積極的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］高英，曹榮吉.瀝青混合料級(jí)配類型選擇分析［J］.公路2002（1）：84-87.

［2］易文，唐成陽(yáng)，謝東，等.AC-13改進(jìn)型瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與性能研究［J］.中外公路，2015，35（3）：277-281.

［3］程英偉，晏華冰.上面層瀝青混合料路用性能比較［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2006（1）：7-9.

［4］美國(guó)瀝青協(xié)會(huì).高性能瀝青路面（Superpave）基礎(chǔ)參考手冊(cè)［M］.賈渝，曹榮吉，李本京譯.北京：人民交通出版社，2002.

［5］JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JTG D50—2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

（收稿日期：2015-12-22）

Analysis of Asphalt Performance Indicators and Selection of Modified Asphalt Grade

Wang Lili, Yang Quanhua, Lü Xikun
（Suzhou Traffic Engineering Group Co. Ltd., Suzhou 215000, China）

Asphalt is a kind of viscoelastic material, both viscous and elastic depends on temperature and loading time. Based on the performance specification of asphalt binder strategic highway research program, this paper introduces the selection of modified asphalt grade according to the road surface temperature in Suzhou area, and tests the road performance.

asphalt binder; performance indicators; modified asphalt; performance grade

U414

A

1672-9889（2016）05-0016-03

2015-12-05）

王麗麗（1976-），女，江蘇蘇州人，高級(jí)工程師，主要從事瀝青混合料試驗(yàn)和檢測(cè)工作。