黃美燕

摘要：為了研究溫拌瀝青短期老化和長(zhǎng)期老化后性能變化。該文選用Sasobit和3G兩種溫拌瀝青，加入到70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，制備相應(yīng)的溫拌瀝青，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR，測(cè)試不同溫拌劑種類及不同摻量的溫拌瀝青，測(cè)試其復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ 。結(jié)果表明：Sasobit和3G溫拌劑的加入都使瀝青短期老化程度降低，Sasobit溫拌劑的幅度比3G溫拌劑大，且降低幅度隨著溫度的增大而增大，而3G溫拌劑在不同溫度下其降低幅度相差無(wú)幾;長(zhǎng)期老化后，Sasobit溫拌劑能夠使瀝青的G*/sinδ值變大，提高瀝青的高溫性能，3G溫拌瀝青的高溫性能基本不變。

關(guān)鍵詞：Sasobit溫拌瀝青復(fù)數(shù)剪切模量老化性能

中圖分類號(hào)：U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1672-3791（2021）01（a）-0000-00

Rheological Properties of Aging Performance of Warm Mix Asphalt Based on

Dynamic Shear Rheometer Test

HUANG ?Meiyan

（Hunan Urban Construction College，Xiangtan，Hunan Province，411101 China）

Abstract： In order to study the short-term aging and long-term aging of warm mix asphalt performance changes. In this paper， Sasobit and 3Gwarm mix asphalt were used to prepare warm mix asphalt by adding 70# base asphalt and SBS modified asphalt， and DSR dynamic shear rheometer was used to test different kinds of warm mix asphalt and different content of warm mix asphalt， the Complex Shear Modulus G* and Phase Angle δ were measured. The results show that the short-term aging degree of asphalt decreases with the addition of Sasobit and 3G， and the range of Sasobit is larger than that of 3G， after long-term aging， Sasobit can increase the G*/Sin δ value of asphalt and improve the high-temperature performance of asphalt， and the high-temperature performance of 3G warm-mix asphalt is basically unchanged.

KeyWords： Sasobit; Warm mix asphalt; Complex shear modulus; Aging performance

截至2020年，我國(guó)高速公路里程達(dá)16.10萬(wàn)km，其中近90%的路面采用鋪筑[1]。大部分瀝青路面選用熱拌瀝青混合料（HMA），這種混合料在施工過(guò)程中，釋放有毒廢氣、施工溫度高，能源消耗且加速老化[2]。針對(duì)此，溫拌瀝青混合料技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，就是通過(guò)一定的技術(shù)或摻加添加劑，降低瀝青在拌和、攤鋪溫度的粘度，使得瀝青能在較低的溫度下進(jìn)行施工，同時(shí)保持其不低于HMA的使用性能的瀝青混合料技術(shù)[3]。

通過(guò)知網(wǎng)文獻(xiàn)研究，目前大多數(shù)學(xué)者主要關(guān)注溫拌瀝青混合料的能源消耗方面及施工溫度降低方面的問(wèn)題[4-5]，對(duì)于其老化前后的性能關(guān)注較少。該文通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）研究溫拌瀝青的短期老化和長(zhǎng)期老化性能，測(cè)試溫拌瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ 來(lái)評(píng)價(jià)其流變性能，并提出老化率Ar來(lái)表征老化程度，為溫拌瀝青混合料在路面服役過(guò)程提供指導(dǎo)。

1老化試驗(yàn)方法介紹

美國(guó)公路研究計(jì)劃SHRP采用全新的方法對(duì)瀝青老化進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要是模擬實(shí)踐條件的老化狀態(tài)，構(gòu)建模擬生產(chǎn)過(guò)程中的短期老化和路面服役過(guò)程中的長(zhǎng)期老化。SHRP規(guī)范的思想是采用原樣和短期老化后的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ 表征產(chǎn)生在瀝青路面修筑初期的車轍等永久變形;瀝青路面的疲勞開(kāi)裂主要發(fā)生在經(jīng)過(guò)短期老化又經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期老化的瀝青路面，通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)的G*sinδ來(lái)評(píng)價(jià)。該文用動(dòng)態(tài)流變性能評(píng)價(jià)老化瀝青，采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）來(lái)模擬短期老化和壓力老化容器（PAV）來(lái)模擬長(zhǎng)期老化。

1.1 旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）試驗(yàn)

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）試驗(yàn)?zāi)M施工期的老化，主要進(jìn)行膠結(jié)料的老化，用Superpave膠結(jié)料試驗(yàn)方法對(duì)膠結(jié)料作進(jìn)一步的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)。該方法是將（35±0.5）g瀝青試樣倒入RTFOT試樣瓶中，裝8個(gè)瓶，但有2個(gè)瓶必須用于確定質(zhì)量變化。如果測(cè)定質(zhì)量變化，含有試樣的2個(gè)瓶應(yīng)被冷卻并稱量精確到0.001g。另外，RTFOT的殘留物應(yīng)從裹覆的瓶中倒出，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可用刮器盡可能多的刮出。這種材料可被用來(lái)做DSR試驗(yàn)或轉(zhuǎn)移到壓力老化容器盤中進(jìn)行進(jìn)一步老化，或者裝進(jìn)同樣大小的容器中，貯存起來(lái)以備將來(lái)使用。

1.2 壓力老化儀（PAV）

壓力老化容器（PAV）試驗(yàn)?zāi)M路面使用期的老化。PAV法是模擬瀝青在路面長(zhǎng)期服役過(guò)程中發(fā)生的氧化老化，利用高溫和壓縮的空氣進(jìn)行加速老化（氧化）試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法大致是先預(yù)熱壓力容器，達(dá)到試驗(yàn)溫度后，把澆灌50g熱瀝青壓力老化容器放在試樣加上，再把架子上的試樣放進(jìn)熱容器中，固定好蓋子，并固定好安全裝置。儀器重新加熱，直至到試驗(yàn)溫度的2℃以內(nèi)，儀器開(kāi)始加壓，試驗(yàn)開(kāi)始計(jì)時(shí)。加壓20h后，通過(guò)排氣閥緩慢排氣。將試驗(yàn)盤先從試驗(yàn)架上挪開(kāi)，再放入163℃的烘箱中，時(shí)長(zhǎng)為15min，最后放入真空除氣箱，將試件中封閉的空氣消除，然后放入儲(chǔ)存材料的容器，為下一步試驗(yàn)做準(zhǔn)備。

該實(shí)驗(yàn)瀝青采用青島安邦路法有限公司提供的70#瀝青和SBS改性瀝青，溫拌劑選用Sasobit和3G。采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的AR-1500e型動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行老化瀝青動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，溫度范圍為29 ℃～85℃，角速度ω為10rad/s，進(jìn)行溫度掃描[6]。

2 溫拌劑對(duì)瀝青短期老化的影響分析

2.1 溫拌劑對(duì)短期老化G*和δ的影響

復(fù)數(shù)剪切模量表征其抵抗剪切變形的能力，原樣和短期老化瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量都隨著溫度的升高而減小，相位角隨著溫度升高而升高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)表1數(shù)據(jù)分析可以得到以下方面的影響。

2.1.1老化前后，瀝青的流變性能趨勢(shì)不變

當(dāng)在相同溫度時(shí)，不論老化前后，添加溫拌劑的瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量較之未加前的數(shù)值大，表明溫拌劑在瀝青老化階段也能提高其抗變形能力。在溫度低于71℃，G*值每隔12℃，其增大幅度有一個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)溫度高于71℃時(shí)，G*的變化很小;在試驗(yàn)溫度下，相位角δ的值都是增大的，在71℃左右時(shí)，曲線出現(xiàn)小幅度震蕩，老化前與老化后瀝青的相位角差值變小，特別是A-S-4的相位角基本相等，總而言之，摻加溫拌劑的瀝青老化后的相位角比原樣的大。

2.1.2溫拌劑種類對(duì)老化的影響

溫拌劑種類會(huì)影響瀝青的老化性能，這是因?yàn)椴煌臏匕鑴?huì)有不同的溫拌機(jī)理。為了定量表征瀝青老化性能，定義老化前后指標(biāo)的差值與老化前的比值作為老化率Ar，其值與老化程度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。以G*為標(biāo)準(zhǔn)的老化率來(lái)分析，基質(zhì)溫拌瀝青的老化程度與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即隨著溫度的增加老化程度降低，這可能是因?yàn)楫?dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)，相位角δ的值幾近達(dá)到90℃，即將散失彈性變形特性。當(dāng)瀝青是粘性狀態(tài)，兩種溫拌劑的加入均讓瀝青老化程度降低，相較之于3G溫拌劑，Sasobit溫拌劑使瀝青老化性能降低幅度要大，且該幅度隨著溫度的增大而增大，但3G溫拌劑使瀝青老化性能降低幅度與溫度變化關(guān)系不大。

2.2 老化對(duì)溫拌瀝青G*/sinδ的影響

G*/sinδ是表征瀝青高溫性能的重要指標(biāo)。Superpave規(guī)范要求瀝青經(jīng)過(guò)短期老化后的G*/sinδ值不小于2.2MPa。該試驗(yàn)中，短期老化后瀝青的G*/sinδ值都會(huì)較原樣的大，溫拌瀝青短期老化后又會(huì)呈現(xiàn)什么規(guī)律？該文詳細(xì)分析了短期老化數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)表2數(shù)據(jù)分析可以得到以下關(guān)系。

（1）溫拌瀝青的G*/sinδ值與溫度的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)，溫度越高，G*/sinδ值迅速降低，抗車轍能力降低。

（2）比較各原樣瀝青的G*/sinδ值，發(fā)現(xiàn)Sasobit溫拌劑對(duì)基質(zhì)瀝青的高溫性能效果最好，3G溫拌劑加入基質(zhì)瀝青或改性瀝青中，其G*/sinδ值都有所減小。

（3）同一溫度下，溫拌劑加入到基質(zhì)瀝青中，不管老化前后，Sasobit高溫性能的效果比3G好，且都是老化后瀝青的G*/sinδ值比原樣的大，高溫性能變好。3G溫拌瀝青不管加到基質(zhì)瀝青還是改性瀝青中，其老化前瀝青的G*/sinδ值基本沒(méi)變，表明其對(duì)瀝青的高溫性能沒(méi)有很大的影響，如在35℃時(shí)，Sasobit加入到基質(zhì)瀝青中，其G*/sinδ值都比基質(zhì)瀝青的大，高溫性能變好，當(dāng)Sasobit加入到改性瀝青中，G*/sinδ值增幅很小，對(duì)高溫性能的影響不是很大，說(shuō)明Sasobit溫拌劑的加入更有利于70#瀝青的高溫性能。A-G-0.6的G*/sinδ值比A的小5.8kPa，B-G-0.6的G*/sinδ值比B的小0.7kPa，表面在中溫下，3G溫拌瀝青的G*/sinδ值略有降低，高溫性能變?nèi)?。?jīng)過(guò)短期老化后，3G溫拌瀝青的G*/sinδ值比原樣小，抗車轍能力降低?？偠灾?，Sasobit溫拌劑不管老化前后的G*/sinδ值均增大，且對(duì)基質(zhì)瀝青效果更好，而3G溫拌劑瀝青的高溫性能沒(méi)有大的變化，有時(shí)G*/sinδ值還比原樣小。

3 溫拌劑對(duì)長(zhǎng)期老化的影響

長(zhǎng)期老化一般發(fā)生在路面使用階段，在短期老化之后[7]。可通過(guò)研究長(zhǎng)期老化溫拌瀝青，預(yù)測(cè)路面使用壽命。瀝青的抗車轍能力一般是路面使用一段時(shí)間之后（長(zhǎng)期老化）最強(qiáng)，然后是路面鋪筑初期（短期老化），最后是原樣瀝青。由上節(jié)對(duì)溫拌瀝青短期老化的數(shù)據(jù)可以看出，老化會(huì)影響溫拌瀝青的性能，且對(duì)不同溫拌劑的影響效果不同。從老化特性來(lái)看，短期老化只是瀝青在拌和和鋪筑過(guò)程中的老化，而路面服役過(guò)程是一個(gè)連續(xù)而又漫長(zhǎng)的過(guò)程，有必要模擬瀝青長(zhǎng)期老化性能。

3.1 溫拌劑種類對(duì)長(zhǎng)期老化的影響

溫拌劑加入到瀝青中，降低拌和和攤鋪的溫度，使得瀝青的老化程度減輕，長(zhǎng)期老化的程度也會(huì)減低，但是不同溫拌劑對(duì)瀝青長(zhǎng)期老化的影響存在差異，現(xiàn)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究Sasobit和3G溫拌瀝青長(zhǎng)期老化性能的影響，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

從圖1數(shù)據(jù)獲知，長(zhǎng)期老化后瀝青的G*值都是隨溫度的升高而減小，δ值都是呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。不同溫拌劑對(duì)瀝青G*值的影響也不同，P-A-S-4的G*值比P-A大，且隨著溫度的增大差值愈小，由29℃的2.29×106減小為85℃的1.31×103，相差3個(gè)數(shù)量級(jí)，P-A-G-0.6的G*值比P-A的小，29℃時(shí)差值為2.91×105，85℃時(shí)的差值為2.18×102。Sasobit、3G溫拌瀝青加入改性瀝青中，G*值也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。Sasobit溫拌瀝青的δ值比原樣瀝青的小，且不管原樣瀝青是基質(zhì)瀝青還是改性瀝青，其差值差不多，最大值為7℃和8℃，3G溫拌瀝青的δ值比原樣也只是大一點(diǎn)，沒(méi)有很大的影響。表明長(zhǎng)期老化對(duì)瀝青粘彈比例影響不大。

3.2 長(zhǎng)期老化對(duì)溫拌瀝青G*sinδ值的影響

SHRP研究者采用DSR測(cè)定瀝青的粘彈性，用RTFOT和PAV中老化后瀝青的G*sinδ值來(lái)表示瀝青路面的疲勞開(kāi)裂。溫拌瀝青由于其在施工過(guò)程中的老化程度比較小，相應(yīng)的長(zhǎng)期老化性能也較原樣瀝青好，如圖2所示。比較Sasobit和3G溫拌瀝青長(zhǎng)期老化后G*sinδ值，研究溫拌瀝青的疲勞性能及不同溫拌劑在疲勞性能方面的差異。

分析圖2可知，溫拌瀝青疲勞因子隨著溫度的升高迅速降低，不同溫拌劑對(duì)瀝青G*sinδ值的影響不同，Sasobit溫拌劑在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)能增加瀝青的G*sinδ值，使其抗疲勞性能增強(qiáng)，在29～41℃時(shí)，P-A-S-4與P-A的G*sinδ差值分別為1751kPa、852.2kPa、349.8kPa，P-B-S-4與P-B的G*sinδ差值分別為880kPa、501kPa、284.5kPa，即Sasobit加入基質(zhì)瀝青的G*sinδ值比Sasobit加入改性瀝青的提高地大，表明改性瀝青中加入Sasobit溫拌劑后，其路面疲勞性能的增加幅度比基質(zhì)瀝青小。而3G加入到瀝青中的G*sinδ值比原樣瀝青的小，表明3G溫拌劑降低了瀝青的疲勞性能。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的試驗(yàn)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)溫拌劑加入瀝青后，其長(zhǎng)期老化和短期老化性能都有所變化。老化不會(huì)改變溫拌瀝青的粘彈性質(zhì)，只是改變其變化幅度，Sasobit和3G溫拌劑的加入都使瀝青短期老化程度降低，Sasobit溫拌劑的幅度比3G溫拌劑大，且降低幅度隨著溫度的增大而增大，而3G溫拌劑在不同溫度下其降低幅度相差無(wú)幾;長(zhǎng)期老化后，Sasobit溫拌劑能夠使瀝青的G*/sinδ值變大，提高瀝青的高溫性能，3G溫拌瀝青的高溫性能基本不變。

參考文獻(xiàn)

[1] 王海成，金嬌，劉帥，等.環(huán)境友好型綠色道路研究進(jìn)展與展望[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2021，52（7）：2137-2169.

[2] 馬峰，袁康博，傅珍，等.不同溫拌劑對(duì)瀝青混合料路用性能的影響[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2021，44（11）：1500-1505.

[3] 張蔭成，馬耀宗，李懷玉，等.溫拌瀝青短期老化性能研究[J].西部交通科技，2018（8）：44-47.

[4] 吳坤.溫拌瀝青短期老化溫度與老化性能研究[J].上海公路，2021（1）：97-99，122.

[5] 雷俊安，鄭南翔，許新權(quán)，等.基于多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)的溫拌瀝青高溫性能[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2020，41（4）：459-465.

[6] 蔣宇.溫拌相變?yōu)r青混凝土路用性能研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2021.

[7] YU T，HUI L，HENGJI Z，etal. Comparative Investigation on Three Laboratory Testing Methods for Short-Term Aging of Asphalt Binder[J]. Construction and Building Materials，2021，266：121204.