瀝青材料的黏聚力研究

譚由容

（重慶交通大學，重慶 400074）

對于常規路面，水損壞是目前普遍存在的問題，已經嚴重影響到路面的使用性能。一般認為瀝青面層的水損害是由瀝青與集料的粘附力的損失和瀝青粘聚力的損失造成的[1-2]。排水瀝青路面作為當下最常見的環保型路面，要求瀝青材料由足夠的黏聚力來對抗水損害作用。

目前對瀝青粘聚力的評價方法主要有測力延度法、拉伸法以及原子力顯微鏡法等。陳平，黃曉明，李丹[3]提出了基質瀝青和改性瀝青的測力延度評價指標。周燕等[4]對不同改性瀝青進行了測力延度試驗，驗證了拉伸柔度評價改性瀝青低溫性能的合理性。馬曉燕等[5]應用DSR 直接拉伸試驗研究了不同瀝青的高溫粘聚性；王端宜，王鵬[6]采用改裝的拉拔試驗方法，以拉拔力損失率和剝落率對瀝青的黏聚力進行評價。Taha A.Ahmed 等[7]介紹了一種新型粘結強度試驗裝置（ABS） 試驗方法的可行性。

1 瀝青性能指標

本研究采用的瀝青材料為埃索70#基質瀝青，SBS 改性瀝青，一種工程用高黏改性瀝青（簡稱高黏瀝青） 和實驗室自制高黏度改性瀝青（簡稱自制瀝青），四種瀝青的常規性能指標均符合規范要求。

2 粘結力沖擊擺試驗

采用粘結力沖擊擺對瀝青的粘結力進行測試。本實驗運用動能原理，根據已測得峰值角度，計算得到瀝青的黏聚力。其計算公式如下：

式中，C 為瀝青材料的黏聚力；E 為擺錘的角度為擺錘的第一峰值角度時擺錘的能量；E′為擺錘的角度為擺錘的第二峰值角度α′時擺錘的能量；S 為瀝青材料的涂抹面積；M 為擺錘的質量；g 為重力加速度；r 為擺錘重心半徑；

根據公式1，計算得到不同瀝青材料在不同溫度下的黏聚力，結果如表1 所示。

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不管是老化前或老化后，粘聚力均是隨著溫度的升高而增加。用此粘結力測試沖擊擺測得的黏聚力C 可以一定程度上體現出瀝青的黏聚力，更多的還是反應了瀝青在不同溫度下的抗剪切能力?？傮w來看，與基質瀝青相比，改性瀝青的黏聚力明顯增加，且自制瀝青的黏聚力在老化前后都表現較為平穩，這是由于在自制瀝青中的熱塑性彈性體TPE 材料低溫柔性好，為改性瀝青提供了低溫時更好的抵抗變形的能力。

3 測力延度試驗

測力延度試驗（FDT） 是將瀝青置于恒溫水中用恒定速度拉伸以測量產生的力，并由此得出材料的內聚力[8]。由于溫度對瀝青延度的影響較大，因此要求溫度控制系統盡量精確。本文采用和延度試驗相同的八字模，試件的制作成型與普通延度試驗相同，在5℃恒溫水并以5cm/min 的拉伸速度進行試驗，試驗結束自動采集相關信息，包括荷載、延度數據等。

3.1 試驗指標

常用的FDT 指標有：峰值力、拉伸柔度、屈服應變能、瀝青當量勁度、 改性瀝青當量勁度、粘韌性面積、粘彈比等。以下分別論述。

（1） 峰值力Fmax：拉伸過程中出現的曲線的峰值力。

（2） 拉伸柔度f：指峰值力Fmax與其對應的延度DFmax之

比值；

（3） 屈服應變能E：即拉伸瀝青試樣所做的功，指峰值力Fmax與其對應的延度DFmax之積；

（4） 基質瀝青當勁度Sa：2～8mm 延度內力、延度數據線性回歸（R2>0.9） 后的直線斜率。

（5） 改性瀝青當量勁度Sm 對應于下降段B C 的斜率，計算方法同Sa，

（6） 粘彈比RV/E：計算公式

式中，SV-由OABC 曲線、直線段CF、OF 圍成的面積；SE- 曲線CD E 與直線段CF、FG、GE 所圍面積。

（7） 粘韌性面積S：測力延度曲線與X 軸所圍成區域的面積( 延度在1. 2m 內的面積) 。

（8） 斷裂拉力Fend：瀝青試樣斷裂時的拉力值。

3.2 結果分析

通過對力和延度的曲線分析，可以進一步了解改性瀝青的力學特性。瀝青材料的性能不同，反映在測力延度試驗的最大力、延度、功、屈服應變能等都有較大差異。

本文以峰值力 表征瀝青材料的內聚力，以Fc 表示，Fc=Fmax。Fc 值越大，內聚力越大，瀝青粘聚性越好。本文最所制備的改性瀝青的測力延度指標進行了對比和計算，其數值見表2。

表2 中拉伸柔度f 大小為：SBS 改性瀝青＜高黏瀝青＜自制瀝青。屈服應變能、粘韌性面積S、Sa 和Sm 的大小均為：SBS 改性瀝青＜自制瀝青＜高黏瀝青，且高黏瀝青和自制瀝青的這幾個指標數值非常接近。S 表示粘韌性面積，同時也代表了拉斷功，即瀝青從外力拉伸開始到試件斷裂，外力對瀝青所做的功，拉斷功包括瀝青變形過程中彈性應變能與塑性應變能，可以全面反映瀝青從拉伸開始到斷裂前瀝青吸收能量的能力。改性瀝青粘彈比反映改性瀝青在拉伸破壞過程中塑性變形吸收的能量與彈性變形吸收能量的比值，表中SBS改性瀝青＞自制瀝青＞高黏瀝青，高黏瀝青和自制瀝青的粘彈比也非常接近。

表2 不同改性瀝青的測力延度參數對比

4 結語

不同改性瀝青測力延度試驗表明，自制瀝青的拉伸長度大于高黏瀝青，說明在低溫環境下，自制瀝青具有更為良好的延展性能。不同瀝青的粘結力沖擊擺試驗表明，不管是老

化前或老化后，粘聚力均是隨著溫度的升高而增加。