基于車轍試驗優選瀝青高溫性能評價指標

徐鴻飛

（棗莊學院城市與建筑工程學院，山東 棗莊 277160）

0 引 言

鑒于瀝青路面行車安全、舒適、噪音小、維修方便等優點，我國近年來所建高速公路、一級公路絕大多數為瀝青路面。但隨著瀝青路面使用年限的增加，車轍、裂縫、擁包、坑槽等路面損害逐漸出現。根據發達國家的研究資料，車轍已經成為導致瀝青路面使用性能降低的最主要原因［1］。

我國夏季氣溫較高，是路面車轍形成的關鍵時期。路面損害程度主要取決于瀝青混合料的高溫穩定性能，而瀝青結合料的高溫性能對瀝青混合料的高溫穩定性能的貢獻率在40%及以上，因此，優選高溫性能良好的瀝青結合料是建設優良瀝青路面的主要因素［1］。瀝青結合料作為一種特殊的粘彈性材料，國內外評價其高溫性能的指標很多。根據長期經驗及研究，大部分指標均有其評價局限性，甚至在評價同一瀝青的高溫性能時結果相悖［2］。因此，從眾多的評價指標中選擇最能良好評價路面使用性能的指標是必要的。

文中選擇6種常用瀝青，并同時準備短期老化RTFOT后試樣。對短期老化前后的瀝青進行常規試驗（針入度、軟化點、60℃粘度試驗）、動態剪切流變試驗以及重復蠕變恢復試驗，得到軟化點TR＆B、當量軟化點T800、60℃粘度η；60℃車轍因子G＊／sinδ、等抗車轍因子臨界溫度TG＊／sinδ、蠕變勁度粘性成分Gv、累積應變共7種高溫評價指標后對比車轍試驗動穩定度的結果，選擇最優評價指標。

1 試驗材料

1.1 瀝青

2種普通瀝青：加德士70號和齊魯70號；4種改性瀝青：MAC、橡膠粉（廠制）、橡膠（試驗室自制）和SBS改性瀝青。

1.2 集料

同一產地石灰巖，顆粒潔凈、棱角分明、無雜質，各項指標滿足試驗規程要求。

2 試驗方法及結果

2.1 常規試驗

文中進行的常規試驗包括針入度、軟化點及60℃粘度試驗。試驗方法按照文獻［3］進行。試驗結果見表1。

表1 短期老化前后TR＆B、T800及η

2.2 動態剪切流變試驗（DSR）

試驗方法按照AASHTO TP5－93進行，采用應變控制加載模式（原樣瀝青控制應變值12%，RTFOT為10%），頻率ω＝10rad／s，溫度為58，64，70，76，82，88 ℃。

根據試驗得到的各個溫度對應的車轍因子G＊／sinδ數值計算60℃時的G＊／sinδ以及等抗車轍因子臨界溫度 TG＊／sinδ，即原樣瀝青的 TG＊／sinδ為1.0kPa，RTFOT后瀝青的TG＊／sinδ為2.2kPa時對應的溫度［4］。

試驗結果見表2。

表2 短期老化前后60℃G＊／sinδ，TG＊／sinδ

2.3 重復蠕變恢復試驗

試驗采用動態剪切流變儀。考慮到我國公路實際行車狀況、路面受力水平，試驗采用應力控制模式：分別用120，300Pa兩個應力水平；根據我國夏季路面溫度試驗溫度采用60℃［5－6］；瀝青路面實際的荷載變形響應其實相當于多個加卸載周期，為了模擬路面實際的行車荷載狀況，試驗采用每個加卸載周期加載蠕變1s、卸載恢復9s，重復100次，其中9s恢復期實際上模擬了路面前后兩次行車作用荷載的間隔期［7］。

根據Burgers流變模型對第50，51次的試驗結果擬合，得到蠕變勁度的粘性成分Gv。試驗結果見表3。

表3 短期老化前后Gv、累積應變

2.4 瀝青混合料車轍試驗

瀝青結合料高溫性能的優劣最終要體現在瀝青混合料的高溫性能上。我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》采用60℃車轍試驗評價瀝青混合料的高溫性能［3］。文中以車轍試驗對以上7種指標進行驗證。為了更加凸顯不同瀝青結合料高溫性能的優劣，除結合料不同，其它方面均相同，包括使用同產地、同標準集料、同級配類型、同樣的試驗條件等。

級配為連續級配細粒式 AC－13，滿足文獻［8］要求，見表4。

表4 連續級配瀝青混合料AC－13

由馬歇爾試驗確定普通瀝青、改性瀝青用量分別為4.6%，4.8%，礦粉含量6%。瀝青混合料試件經馬歇爾試驗確定體積指標符合規范要求，見表5。

車轍試驗結果見表6。

表6 車轍試驗動穩定度

3 試驗結果分析

3.1 排序分析

根據上面所列數據，原樣瀝青7種指標的數值大小排序與動穩定度一致的有G＊／sinδ，Gv、累積應變，RTFOT后一致的有T800，60℃粘度η，Gv（120Pa）、累積應變。因此，短期老化前后排序均一致的指標只有Gv（120Pa）和累積應變。

3.2 相關性分析

各指標均與動穩定度做相關性分析（僅以Gv（120Pa）為例），如圖1和圖2所示。

圖1 Gv（120Pa）與DS（原樣）

圖2 Gv（120Pa）與DS（RTFOT）

分別得到相關系數，結果匯總見表7。

表7 各評價指標與動穩定度相關系數

表7的結果一定程度上可以表示各指標在評價瀝青高溫性能時的優劣程度。從總體上看，重復蠕變恢復試驗得到的指標優于動態剪切流變試驗的指標，常規指標與動穩定度的相關性最差。說明常規指標在評價瀝青高溫性能時可靠性較低；G＊／sinδ和TG＊／sinδ一定程度上可以采用，但在評價改性瀝青的高溫性能時排序較亂需謹慎使用；Gv可以很好地對瀝青高溫性能進行評價，累積應變較之Gv可靠性稍低，但仍可以較好地使用。

從表7可以看出，短期老化前后與動穩定度相關性均較好地指標為Gv（120Pa），Gv（300Pa），60℃ G＊／sinδ，TG＊／sinδ、累積應變（120Pa）、累積應變（300Pa），說明這些指標可以較好的評價瀝青的高溫性能，其中Gv的相關性最好。結合排序分析，所有指標中即與動穩定度排序相一致又相關性很好的指標為120Pa應力水平下的Gv，此為最優指標。

4 結 語

1）國內常用的評價瀝青高溫性能的常規指標TR＆B，T800和60℃粘度η可靠性較低。G＊／sinδ，TG＊／sinδ一定程度上可以采用，可靠性優于常規指標，但用于評價改性瀝青時可靠性還需進一步分析。Gv和累積應變可以較好地用來評價瀝青高溫性能。

2）在評價瀝青高溫性能的試驗方法上，重復蠕變恢復試驗優于動態剪切流變試驗優于常規試驗。

3）120Pa應力水平下的蠕變勁度粘性成分Gv最能反映瀝青高溫性能的優劣，為最佳指標。

［1］沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］Bouldin M G，Dongre R，Angelo D.Proposed refinement to the superpave high temperature specification parameter for performance graded binders［R］.Transportation Research.Record，No.1766，National Research Council，Washington，2001：40－47.

［3］中華人民共和國行業標準.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTJ 052－2000）［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［4］Desmaze C，Lecomte M，Phillips M.A protocol for reliable measurement of Zero Shear Viscosity in order to evaluate the antirutting performance of binders［C］／／Proceedings 2nd Eurasphalt ＆ Eurobitume Congress.Barelona：Eurasphalt and Eurobitume Congress，2000：203－211.

［5］張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學原理及應用［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］張肖寧，孟勇軍，鄒桂蓮.基于重復蠕變的改性瀝青高溫指標［J］.華南理工大學學報，2008（4）：23－28.

［7］馮中良，王瑞強，曹榮吉.重復蠕變試驗評價瀝青高溫性能的研究［J］.中外公路，2007，27（1）：181－183.

［8］中華人民共和國行業標準.公路瀝青路面施工技術規范JTJ032－94［S］.北京：人民交通出版社，1994.