黃婉利，何文華，呂衛(wèi)兵，楊 華

(1.中國石化煉油銷售有限公司，上海 200050，2.中南安全環(huán)境技術研究院股份有限公司，武漢 430071;3.恩施土家族苗族自治州公路管理局，恩施 445000)

近些年來，為提高瀝青中、下面層的抗高溫車轍能力，國際上使用的瀝青在向低標號發(fā)展。硬質(zhì)瀝青作為低標號瀝青在法國、日本、美國等國家應用較多[1]。對比國際上氣候條件相當?shù)牡貐^(qū)，我國使用的瀝青也在向低標號發(fā)展，如我國現(xiàn)在主要使用70號瀝青，甚至在南方部分地區(qū)逐步使用50號硬質(zhì)瀝青，不再像20世紀使用90號甚至110號瀝青。這主要得益于硬質(zhì)瀝青的溫度敏感性小、高溫穩(wěn)定性優(yōu)[2]。

論文通過采用60 ℃粘度、針入度指數(shù)PI、車轍因子G*/sinδ評價70號瀝青、50號、30號硬質(zhì)瀝青的溫度敏感性，同時制備相應的硬質(zhì)瀝青混合料，測試其高溫穩(wěn)定性，研究硬質(zhì)瀝青溫度敏感性指標及其混合料的高溫穩(wěn)定性。

1 瀝青溫度敏感性指標

1.1 60 ℃粘度

在我國，夏季瀝青路面溫度可達50～70 ℃，采用60 ℃粘度能反映路面在高溫下的實際使用情況。60 ℃粘度測試方法較多，該文采用布洛克菲爾德粘度計法[3]。試驗結果見表1。

表1 硬質(zhì)瀝青60 ℃粘度

從上述試驗結果可以看出：60 ℃粘度的排序為：30號>50號瀝青>70號瀝青。粘度大的瀝青在荷載作用下產(chǎn)生較小的剪切變形，彈性恢復性能好，殘留的塑性變形小，高溫性能好。

1.2 針入度指數(shù)

針入度指數(shù)是描述瀝青針入度隨溫度變化而變化快慢的指標，采用三個不同溫度下(通常為15 ℃、25 ℃、30 ℃)的針入度的對數(shù)為縱坐標，溫度為橫坐標，線性回歸計算溫度-針入度對數(shù)的斜率，再計算針入度指數(shù)。斜率越小，由此計算出的針入度指數(shù)越大，說明隨著溫度的變化，瀝青的針入度變化較慢，瀝青對溫度變化較不敏感。不同瀝青在各溫度下針入度及針入度指數(shù)PI值結果如表2所示。

表2 不同瀝青在各溫度下針入度及針入度指數(shù)PI值

從表2數(shù)據(jù)可知，30號瀝青相較于70號、50號瀝青對溫度變化不敏感，但是50號瀝青卻較70號瀝青對溫度的變化更敏感一些。

1.3 車轍因子

動態(tài)剪切流變試驗[4]是在交變應力(或應變)下進行動態(tài)試驗，試驗的結果為瀝青的動態(tài)剪切模量G*和相位角δ。G*是材料重復剪切變形時總阻力的度量，包括彈性部分和粘性部分；δ是可恢復和不可恢復變形數(shù)量的相對指標。其中G*/sinδ表征瀝青材料抵抗永久變形的能力，稱為車轍因子，其值在高溫下越大則瀝青的流動變形愈小，相應混合料的抗車轍能力也愈佳。該文按照《瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)中T0628的方法[5]進行瀝青流變性質(zhì)試驗，試驗采用應變控制模式，各瀝青試驗結果見表3。

表3 硬質(zhì)瀝青車轍因子G*/sin δ試驗結果

從表3可知，在相同溫度下，30號、50號原樣瀝青和老化后殘留瀝青的車轍因子G*/sinδ要高于70號瀝青，車轍因子G*/sinδ的排序為30號瀝青>50號瀝青>70號瀝青。在SHRP瀝青分級的PG標準中，動態(tài)剪切流變實驗主要用于評價老化前后的高溫性能。高溫特性根據(jù)G*/sinδ超過1.0 kPa(原樣瀝青)和2.2 kPa (經(jīng)老化后)的臨界溫度將瀝青分成不同的等級。臨界溫度越高，表明該種瀝青能夠抵抗高溫流動變形的溫度越高。實驗結果表明，50號、30號硬質(zhì)瀝青均屬于PG70瀝青等級，其臨界溫度要高于70號瀝青，抗高溫變形能力明顯大于70號瀝青。

2 混合料高溫穩(wěn)定性

由于60 ℃粘度、針入度指數(shù)PI反映的是瀝青材料的溫度敏感性，車轍因子G*/sinδ在理論層面上表征瀝青材料抵抗車轍性能的能力，但這三個指標均不能直接反映用該瀝青材料制備的混合料的高溫穩(wěn)定性，而動穩(wěn)定度可以直接反映瀝青路面在高溫季節(jié)抵抗永久變形的指標。因此，很有必要將60 ℃粘度、針入度指數(shù)PI、車轍因子G*/sinδ與相應瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性聯(lián)系起來分析。

將70號、50號、30號硬質(zhì)瀝青用于瀝青路面下面層AC-25C，分別采用3.9%、3.9%、4.1%的油石比制備瀝青混合料，級配曲線見圖1，車轍動穩(wěn)定度試驗結果見表4。

表4 瀝青混合料車轍試驗結果

由表4可以看出，上述瀝青的混合料車轍試驗結果均值大于《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)對夏炎熱地區(qū)改性瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度AC-25C不小于1 000次/mm的技術要求。

從動穩(wěn)定度結果可以看出，采用AC-25C的30號瀝青混合料動穩(wěn)定度約為50號瀝青混合料的2倍，約為70號瀝青混合料的3倍。對相同級配的瀝青混合料，采用的瀝青標號越低，動穩(wěn)定度越高，表明硬質(zhì)瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性，更適合于我國高溫炎熱的南方地區(qū)以及重載交通路段。

3 瀝青溫度敏感性和混合料高溫穩(wěn)定性相關性分析

將瀝青溫度敏感性和混合料高溫穩(wěn)定性指標列于表5，并按大小排序。

表5 硬質(zhì)瀝青溫度敏感性和混合料高溫穩(wěn)定性指標及大小排序

從表5可以看出，除針入度指數(shù)排序出現(xiàn)異常外，其他的瀝青溫度敏感性和混合料高溫穩(wěn)定性指標排序基本一致，二者的相關性較好。對動穩(wěn)定度與上述各指標進行線性回歸，如圖2所示。

從圖2看出，瀝青混合料的動穩(wěn)定度與瀝青溫度敏感性各指標進行回歸，動穩(wěn)定度與瀝青60 ℃粘度指數(shù)相關性最好，達到了0.975 0；其次，動穩(wěn)定度與70 ℃原樣瀝青的車轍因子指數(shù)相關系數(shù)達到了0.955 7，而動穩(wěn)定度與針入度指數(shù)相關性為0.581 0，相關性最差。通過上述分析，60 ℃粘度與動穩(wěn)定度之間的關系密切，表明60 ℃粘度越大的瀝青材料其高溫抗車轍性能就越好。

4 結 論

a.硬質(zhì)瀝青(50號和30號瀝青)相較于常用的70號瀝青溫度敏感性更小，其瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更優(yōu)，更適合于我國高溫炎熱的南方地區(qū)。

b.60 ℃粘度、針入度指數(shù)PI、車轍因子都能表征硬質(zhì)瀝青的溫度敏感性，且三者的整體趨勢差別不大。

c.硬質(zhì)瀝青的60 ℃粘度與瀝青混合料動穩(wěn)定度相關性最大，可以用硬質(zhì)瀝青60 ℃粘度定性反映混合料抗高溫車轍能力。

[1] 樊 亮,樊秀芝,李永鎮(zhèn).硬質(zhì)瀝青的發(fā)展及性能比較[J].石油瀝青,2015,29(1):16-20.

[2] 陳曉瑛.石油瀝青材料的感溫性研究[D]. 西安：長安大學,2006.

[3] 楊建新,梅李貴子,盧 健,等. 瀝青60 ℃動力粘度的試驗方法比較研究[J].石油瀝青,2010,24(1):15-20.

[4] 沈金安.瀝青材料的流變學(一)[J].石油瀝青,1988(4):27-38.

[5] 中華人民共和國行業(yè)標準.JTG 052—2011 公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2003.