王愛峰，李自力，李銳鐸

(1.河南中州路橋建設(shè)有限公司，河南 周口 466000； 2. 河南城建學(xué)院，河南 平頂山 467036)

0 引言

我國瀝青路面產(chǎn)生高溫車轍病害的主要原因是瀝青及瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較差，在車輛重復(fù)荷載作用下，瀝青路面出現(xiàn)較大的不可恢復(fù)變形，因此許多學(xué)者通過對瀝青改性的方法來提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性[1-4]，并通過多種試驗方法評價瀝青及其混合料的高溫穩(wěn)定性[5-9]。其中，基于流變學(xué)理論的重復(fù)蠕變試驗是一種有效的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評價方法。本研究利用動態(tài)剪切流變儀對EVA改性瀝青進(jìn)行重復(fù)蠕變試驗，研究其蠕變變形特性，為EVA改性瀝青的研究及應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)及技術(shù)指導(dǎo)。

1 原材料性質(zhì)

1.1 瀝青

使用江蘇產(chǎn)阿爾法70#A級道路瀝青，其基本性能指標(biāo)如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青基本性能指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.1 Test results of performance index of 70# matrix asphalt

1.2 EVA

選用瀝青改性劑為EVA樹脂顆粒，該EVA乙酸乙酯(VA)含量為15%，顆粒直徑約0.5 cm，由裕辰隆工程塑料公司生產(chǎn)，如圖1所示。EVA塑料顆粒物性表如表2所示。

圖1 EVA顆粒Fig.1 EVA particle

表2 EVA共聚物物性表Tab.2 Physical property of EVA copolymer

2 改性瀝青制備

將基質(zhì)瀝青在烘箱內(nèi)加熱熔化后保溫在(135±5)℃、4 h以上待用，再次將瀝青加熱到170℃并保溫1 h以上待用，再按照3%、6%、9%的摻量將EVA改性劑摻入瀝青中，使用高速攪拌裝置在170℃下均勻攪拌1 h，可制得EVA改性瀝青。利用動態(tài)剪切流變儀(DHR-1型)對基質(zhì)瀝青和改性瀝青進(jìn)行流變試驗。

3 重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗及改性瀝青變形特性分析

3.1 重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗

重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗分別在30℃、40℃、50℃、60℃條件下測得，設(shè)定荷載為100 Pa、蠕變加載時間為50 s、蠕變卸載時間為50 s、蠕變循環(huán)次數(shù)共10次。30℃使用8 mm平行板測定，瀝青膜厚度為2 000 μm；40℃、50℃、60℃使用25 mm金屬平行板進(jìn)行蠕變恢復(fù)試驗，瀝青膜厚度為1 000 μm。

3.2 改性瀝青的變形特性分析

由圖2可知，在所有測試溫度條件下，基質(zhì)瀝青的應(yīng)變均比EVA改性瀝青應(yīng)變大。在第2個蠕變恢復(fù)結(jié)束時(即試驗時間為200 s時)，在30℃、40℃、50℃和60℃條件下，基質(zhì)瀝青的應(yīng)變分別是EVA改性瀝青的165.88倍、310.95倍、293.26倍和438.85倍，說明與基質(zhì)瀝青相比，EVA改性瀝青具有明顯的高溫穩(wěn)定性。隨著EVA摻量的增加，EVA改性瀝青的高溫穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，但抗變形能力的增加幅度不斷降低。

圖2 加載卸載(前兩個周期)應(yīng)變試驗結(jié)果Fig.2 Strain test results before and after loading(the first two cycles)

將蠕變恢復(fù)試驗中，恢復(fù)階段卸載瞬間時的應(yīng)變用εL表示，恢復(fù)階段最后時刻的殘余變形用εP表示，稱為永久變形[10]。則εP/εL為永久變形占總變形的比例，表示變形中黏性部分占據(jù)的比例[11]。

對初始應(yīng)變進(jìn)行歸一化處理，并將處理后的初始應(yīng)變繪制成散點圖如圖3所示?；|(zhì)瀝青的殘余變形經(jīng)過49 s的變形恢復(fù)比例為99.40%，說明基質(zhì)瀝青在經(jīng)歷了50 s的變形恢復(fù)階段后僅僅恢復(fù)了0.6%的變形。對于改性瀝青，殘余變形比例則逐漸增大，3%、6%、9%EVA改性瀝青的殘余變形比例依次為99.07%、71.52%、67.60%。隨著摻量的增加，改性瀝青的變形恢復(fù)能力逐漸提高，彈性性能有了較大增強(qiáng)。從圖3中可以看出，如果恢復(fù)時間延長，延遲彈性恢復(fù)還將繼續(xù)，表明改性瀝青的殘余變形中仍有尚未恢復(fù)的延遲彈性變形。

圖3 瀝青在60℃ 第1次卸載恢復(fù)曲線 (歸一化處理)Fig.3 Unloading and recovery curve of asphalt for the first time under 60℃(normalization processing)

表3 60℃基質(zhì)瀝青及改性瀝青εP/εL結(jié)果Tab.3 εP/εL results of matrix asphalt and modified asphalt under the temperature of 60℃

對于基質(zhì)瀝青，主要變形形式是黏性流動變形，在變形過程中，僅考慮其黏性因素。而改性瀝青在蠕變恢復(fù)試驗中既表現(xiàn)黏性性能，又表現(xiàn)彈性性能。

以上研究的是蠕變恢復(fù)試驗第1個卸載50 s階段瀝青的變形恢復(fù)特點，但改性瀝青的延遲彈性變形恢復(fù)可能需要接近無限長的時間，現(xiàn)有的蠕變恢復(fù)試驗難以滿足要求。為了分析延遲彈性變形隨著作用次數(shù)的變形情況，對εP/εL取倒數(shù)，得到εL/εP，用以表示改性瀝青的變形恢復(fù)能力。

當(dāng)εL/εP=1時，瀝青的蠕變變形全部為黏性流動變形。εL/εP越大，瀝青的變形恢復(fù)能力越大。將基質(zhì)瀝青、改性瀝青在不同溫度第1、5、10次蠕變恢復(fù)后的εL/εP值匯總于表4。

表4 不同溫度、不同作用次數(shù)的瀝青恢復(fù)指數(shù)εL/εPTab.4 Asphalt recovery index εL/εP under different temperature and different operation times

由表4可知，隨著溫度的增加，不同材質(zhì)瀝青在不同的循環(huán)作用次數(shù)下，εL/εP的值都出現(xiàn)了遞減的規(guī)律，這表示在重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗中，溫度越高，瀝青的黏性流動變形越大，在瀝青變形的因素中黏性因素逐漸增大，隨著作用次數(shù)的增加，基質(zhì)瀝青隨著蠕變次數(shù)的增加，εL/εP趨于穩(wěn)定，在第5次加載和第10次加載時，εL/εP值極為接近，甚至相同，說明基質(zhì)瀝青在經(jīng)過多次蠕變作用后，完全喪失了彈性變形的能力，基質(zhì)瀝青此時受到荷載作用產(chǎn)生的變形為黏性流動變形。而改性瀝青隨著循環(huán)作用次數(shù)εL/εP的值發(fā)生了增大現(xiàn)象，表明在重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗中，蠕變循環(huán)次數(shù)越多，則瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加，隨著瀝青改性劑摻量的增加，EVA改性瀝青的εL/εP都產(chǎn)生了不同程度的增加，說明隨著改性劑摻量的增大，瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加。

4 結(jié)論

(1)與基質(zhì)瀝青相比，EVA改性瀝青具有明顯的高溫穩(wěn)定性。隨著EVA摻量的增加，EVA改性瀝青的高溫穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，但抗變形能力的增加幅度不斷降低。

(2)在重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗中，蠕變循環(huán)次數(shù)越多，則瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加；隨著瀝青改性劑EVA摻量的增加，改性瀝青的εL/εP都產(chǎn)生了不同程度的增加，說明隨著改性劑摻量的增大，瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加。