瀝青及瀝青混合料低溫評價指標相關性分析*

王彬，許文龍，朱龍騰，李桂森，閆芳階

（山東省淮河流域水利管理局規劃設計院，山東濟南 250100）

瀝青及瀝青混合料低溫評價指標相關性分析*

王彬，許文龍，朱龍騰，李桂森，閆芳階

（山東省淮河流域水利管理局規劃設計院，山東濟南 250100）

采用石灰巖石料和AC20級配，通過對90#基質瀝青、SBS改性瀝青、巖瀝青及復合改性瀝青等瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，分析瀝青及瀝青混合料低溫評價指標的相關性。結果表明，延度與低溫彎拉應變的相關性較好，而延度與當量PG低溫等級的相關性較差，這與延度的試驗方法有關；采用萬能試驗機得出的低溫彎拉應變指標大多不滿足規范要求，小梁彎曲低溫彎拉應變的試驗結果會受到多種因素的影響，工程上單純用低溫彎拉應變指標評價結合料的低溫抗裂性能不合適，建議作為推薦性指標。

公路；瀝青混合料；石灰巖石料；延度；低溫彎拉應變；PG低溫等級；低溫性能

低溫性能是瀝青及瀝青混合料的基本性能之一，用于評價冬季瀝青路面抵抗低溫開裂的能力。對于冬季溫差較大和冬季漫長的北方地區，開裂已成為最嚴重的道路病害之一，如何評價并改善瀝青混合料的低溫性能顯得尤為重要。國內外評價瀝青及瀝青混合料低溫性能的指標很多，目前常用針入度、延度、脆點及當量脆點、PG等級等來評價瀝青的低溫性能，用低溫彎曲破壞試驗、低溫凍斷試驗和低溫劈裂試驗等來評價瀝青混合料的低溫性能。中國公路施工技術規范規定在-10℃、加載速率50mm/min條件下進行彎曲試驗，測定破壞強度、破壞應變和破壞勁度模量，并根據應力-應變曲線的形狀綜合評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，其控制指標為瀝青混合料小梁彎曲破壞時的梁底最大彎拉應變。以山東?。夂蚍謪^屬于1-3區）為例，普通瀝青混合料的低溫彎拉應變應大于2 000με，改性瀝青應大于2 500με。一般來說，不同瀝青混合料石料差別不大，主要區別在于瀝青，瀝青的低溫性能直接影響混合料的低溫性能。因此，有必要開展瀝青與混合料低溫評價指標的相關性研究。

1 原材料試驗

1.1瀝青

所用瀝青為90#基質瀝青、70#基質瀝青、巖瀝青改性瀝青、SBS、SBR改性瀝青，其中改性瀝青均在70#基質瀝青的基礎上進行改性而成，SBS改性劑采用YH-791線型，巖瀝青灰分低于10%，SBR為粉末狀固體添加劑。5種瀝青的技術指標見表1，結果表明，基質瀝青各指標均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求，SBS、SBR改性瀝青分別符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中Ⅰ-D和Ⅱ-C的要求。

表1　瀝青性能檢驗結果

為了采用BBR試驗精確表征瀝青的低溫性能，引入當量PG低溫等級k的概念。例如某瀝青在試驗溫度-12℃時進行BBR試驗，試驗結果滿足S-12＜300 MPa和m-12＞0.3的要求，而在試驗溫度為-18℃時不滿足上述要求，則該瀝青的當量PG低溫等級k在-12和-18之間。設S與m與試驗溫度之間呈線性變化關系，則k=［（300×6+ 12S-18-18S-12）/（S-18-S-12）+（18m-12-12m-18-0.3×6）/（m-12-m-18）］/2+10。

1.2改性劑

采用巖瀝青、SBS和相溶劑進行試驗，其中SBS為YH-791線型，相溶劑為糠醛抽出油，巖瀝青技術指標見表2。

表2　巖瀝青性能試驗結果

1.3集料

粗、細集料均為石灰巖石料，其主要技術性能分別見表3和表4，均符合施工規范的要求。

表3　粗集料的主要技術性能

表4　細集料的主要技術性能

2 瀝青混合料試驗

瀝青混合料的低溫彎曲試驗結果見表5。

表5　瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

續表5

3 相關性分析

3.1瀝青低溫指標相關性分析

針入度、延度、脆點和BBR低溫等級都可用于評價瀝青的低溫性能，對不同指標之間的相關性進行線性回歸分析，結果見表6和圖1。

表6　瀝青低溫指標相關性線性回歸分析結果

由圖1和表6可以看出：當量脆點與BBR之間的相關性最好，脆點與延度之間的相關性次之，而延度與BBR之間的相關性較差。這是因為延度的試驗方法在超過150 cm時無法進行，且延度試驗采用的是直接拉伸方法，而BBR采用的是間接拉伸方法。間接拉伸方法更符合路面實際受力狀況，建議在常規延度試驗不能準確評價瀝青的低溫性能時采用BBR試驗進行詳細評價。針入度作為最常用的瀝青分級指標，既可代表瀝青的高溫性能，也能表達瀝青的低溫性能，但針對性不強。相比而言，PG分級標準更為科學。

圖1　瀝青各低溫指標相關性線性回歸分析

3.2瀝青低溫指標與瀝青混合料低溫彎拉應變相關性分析

在如何對待瀝青混合料低溫性能上，世界各國有著不同的規定，一般來說，瀝青含量越高的混合料越不容易發生低溫開裂，故美國、法國等經濟發達國家對瀝青混合料的低溫性能沒有作明文規定。中國JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》采用-10℃時小梁彎曲梁底的最大彎拉應變作為評價瀝青混合料低溫性能的主要指標，例如對于地處1 -3區的山東省，基質瀝青混合料破壞應變不應低于2 000με，改性瀝青混合料不應低于2 500με。采用一元線性回歸分析方法對瀝青的幾個低溫性能評價指標和混合料小梁彎曲破壞應變之間的相關性進行分析，結果見圖2和表7。

圖2　瀝青低溫指標與混合料低溫彎拉應變相關性線性回歸分析

表7　瀝青低溫指標與混合料彎拉應變相關性線性回歸分析結果

由圖2和表7可以看出：瀝青的10℃延度與混合料低溫彎曲破壞應變之間的相關性最好，當量脆點和當量PG低溫等級次之，而針入度與彎曲破壞應變之間幾乎沒有相關性。說明中國規范采用延度來評價瀝青的低溫性能是合理的。表5中幾種瀝青的彎曲破壞應變均達不到規范要求（假設氣候分區為1-3）。

4 結論

（1）評價瀝青及瀝青混合料低溫性能的指標中，當量脆點與BBR之間的相關性最好，脆點與延度之間的相關性次之，延度與BBR之間的相關性較差。BBR試驗采用的間接拉伸方法更符合路面實際受力狀況，建議在常規延度試驗不能準確評價瀝青低溫性能時采用BBR試驗進行評價。

（2）瀝青的10℃延度與混合料低溫彎曲破壞應變之間的相關性最好，當量脆點和當量PG低溫等級次之，而針入度與彎曲破壞應變之間幾乎沒有相關性。

（3）瀝青混合料低溫彎曲試驗指標在同等試驗條件下試驗結果穩定性較差，受試驗人員操作水平和試驗設備類型等多種因素的影響。工程上不宜單純采用低溫彎拉應變指標來評價材料的低溫性能，宜作為推薦性指標參考使用。

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U416.217

A

1671-2668（2016）05-0076-04

山東省重大水利科研項目（SDSLKY201406；SDSLKY201316）

2015-12-29