高粘瀝青與瀝青混合料性能對比研究

張金生 馬麗莉 陳奕辛

(1.江蘇瑞沃建設(shè)集團(tuán)有限公司， 江蘇 揚(yáng)州；225652；2.東南大學(xué)， 江蘇 南京 211189)

0 引言

排水路面因其優(yōu)異的排水、降噪以及雨天行車安全性而受到廣泛關(guān)注。排水路面為開級配瀝青混合料，具有粒徑大、空隙大、細(xì)集料使用量少的特點(diǎn)，與水長時間的接觸，會導(dǎo)致嚴(yán)重的路面水損害[1]。此外，排水路面容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散問題，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)性能。為提高排水路面使用壽命，必須采用與石料粘結(jié)性能良好的高粘瀝青材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理[2]。

1 試驗(yàn)材料

選取自主研發(fā)的高粘瀝青SVA、交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院的HVA 改性劑和日本大有公司的TPS 改性劑為研究對象，對三種高粘瀝青的性能進(jìn)行測試和對比分析。采用HVA 和TPS 改性劑按12:88 制備高粘度改性瀝青。

瀝青混合料中粗集料與細(xì)集料為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r，選擇OGFC-13 作為瀝青混合料的級配，進(jìn)行瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，礦料配合比如表1 所示。通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終確定油石比采用4.6%，馬歇爾試件的空隙率為20.8%。

表1 OGFC-13 瀝青混合料礦料級配

2 瀝青性能分析

2.1 基本性能

對比SVA、HVA、TPS 三種高粘瀝青的基本性能，包括三大指標(biāo)、動力粘度、布氏粘度等，對比結(jié)果如表2 所示。

表2 高粘瀝青性能對比

經(jīng)試驗(yàn)研究表明，三種高粘度瀝青性能良好，加入SVA 改性劑的高粘瀝青動力粘度為154020 Pa·s，加入HVA 改性劑的高粘瀝青動力粘度為184235 Pa·s，兩者差異不顯著；在60℃條件下，加入TPS 改性劑的高粘瀝青下動力粘度較小，僅為36843 Pa·s；在粘韌性、韌性技術(shù)指標(biāo)方面，加入SVA 的高粘瀝青表現(xiàn)顯著優(yōu)于加入HVA 和TPS 的高粘瀝青。在135℃旋轉(zhuǎn)粘度指標(biāo)對比來看，TPS 相對于HVA 和SVA 較小，。從針入度指標(biāo)方面分析，SVA 顯著高于HVA 和TPS。從高粘瀝青性能指標(biāo)分析，其針入度越低，表明其稠度越高，而稠度高的瀝青，其粘度也越高。從軟化點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析，相對于TPS 和HVA 改性瀝青而言，SVA 軟化點(diǎn)較低，在5℃條件下，加入SVA 改性劑的高粘瀝青延度相對較高，低溫性能表現(xiàn)優(yōu)異。綜合分析高粘瀝青各項(xiàng)指標(biāo)，與加入HVA 和YPS 改性劑的高粘瀝青相比，SVA 高粘瀝青具有良好的粘度和粘韌性，能夠與集料產(chǎn)生良好的握裹力，從而增強(qiáng)排水路面高粘瀝青路用性能。

2.2 抗老化性能

對比SVA、HVA 和TPS 三種高粘瀝青的抗老化性能，開展旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱試驗(yàn)（RTFOT），通過模擬瀝青實(shí)際生產(chǎn)、加工、貯存和運(yùn)輸?shù)冗^程，實(shí)現(xiàn)高粘瀝青的短期老化，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 不同高粘瀝青RTFOT 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)研究表明，三種高粘瀝青在老化試驗(yàn)后均有不同程度的降低。通過數(shù)據(jù)分析可以得出：三種高粘瀝青殘留針入度差異不顯著，其殘留針入度均在70%以上。向從衰減幅度來看，SVA 高粘瀝青幅度最??；從延度保留率來看，三種高粘瀝青的差異顯著，HVA 和TPS 延度保留率僅為38.1%和50.3%，表明改性瀝青老化嚴(yán)重，在低溫條件下路用性能較差。SVA 高粘瀝青延度保留率為71.2%，顯著高于HVA 和TPS，在低溫條件下具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。從60℃動力粘度指標(biāo)方面分析，三種高粘度瀝青的動力粘度在老化后均有不同程度的增加，但粘度老化指數(shù)（VAI）差異不大，其中，SVA 的VAI 值最小，相較于SVA，HVA、TPS 粘度老化指數(shù)分別高45.5%、101.3%。通過對三種高粘瀝青老化性能指標(biāo)進(jìn)行分析，三種高粘瀝青抗老化性能存在一定的差異，其中，SVA 高粘瀝青抗老化性能顯著優(yōu)于HVA 和TPS 高粘瀝青。

3 混合料性能分析

選擇SVAM（采用自研SVA 改性制備高粘瀝青混合料）、HVAM（采用HVA改性制備的高粘瀝青混合料）和TPSM（采用TPS 改性制備的高粘瀝青混合料）開展路用性能研究，以瀝青混合料抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)性能等指標(biāo)衡量高粘瀝青路用性能。

3.1 馬歇爾試驗(yàn)

對比三種瀝青混合料，由表4 可知，TPSM 的飛散損失最小，SVAM 析漏損失最??；HVAM 馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度最低，肯塔堡飛散損失相對較大，但析漏損失較小，說明HVAM 中瀝青與混合料粘附性最差。SVAM 的馬歇爾穩(wěn)定度和飛散損失均處于SVAM 和TPSM 之間。

表4 高粘瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.2 高溫穩(wěn)定性

選擇車轍試驗(yàn)評價高粘瀝青混合料的高溫性能，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖2 車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，HVAM 瀝青混合料動穩(wěn)定性最高，SVAM 略低，TPSM 最低。在采用自研高粘瀝青制備過程中，充分考慮了瀝青60℃動力粘度指標(biāo)性能，而且加強(qiáng)對高粘瀝青綜合性能的關(guān)注，包括高溫年度、低溫性能與穩(wěn)定性等指標(biāo)，造成自研改性瀝青高溫性能有所下降。TPSM 的動力粘度最小，對混合料的高溫性能影響較大。

3.3 水穩(wěn)定性

分別從浸水馬歇爾試驗(yàn)、浸水抗飛散和凍融劈裂試驗(yàn)對高粘瀝青混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行研究和評價。

相較于SVAM 和TPSM 而言，HVAM 穩(wěn)定度及浸水48h 穩(wěn)定度表現(xiàn)良好，TPSM穩(wěn)定度和浸水48h 穩(wěn)定度優(yōu)于SVAM，但從殘留穩(wěn)定度指標(biāo)來看，SVAM 表現(xiàn)優(yōu)異，其殘留度指標(biāo)較TPSM 和HVAM 分別高2.1%、10.1%，充分說明SVAM 穩(wěn)定度浸水前后差異不顯著，強(qiáng)度損失小，水穩(wěn)性能良好。

圖3 不同膠結(jié)料類型飛散損失對比

從圖3 數(shù)據(jù)對比分析來看，TPSM 浸水前后飛散損失最小，SVAM 略低，HVAM浸水飛散損失最大。通過對比分析浸水前后飛散損失變化值前后損失差值（浸水飛散損失-標(biāo)準(zhǔn)飛散損失）大小排列順序?yàn)镠VAM＞TPSM＞SVAM，其中，SVAM較標(biāo)準(zhǔn)飛散損失增加約53.6%，TPSM 相較于標(biāo)準(zhǔn)損失增加約68.5%，HVAM 較標(biāo)準(zhǔn)飛散損失增加約71.8%。同時，SVAM 浸水飛散損失性比TPSM 僅高出0.4%，從排水路面長期路用性能來看，SVAM 水穩(wěn)性能良好，但兩者差異不顯著。

從凍融劈裂性能指標(biāo)來看，三種高粘瀝青混合料經(jīng)凍融劈裂后劈裂強(qiáng)度均有不同程度的下降。通過對比分析凍融前后劈裂強(qiáng)度差異，HVAM 最小，TPSM＞SVAM＞HVAM，充分表明TPSM 具有較高的抗凍融劈裂強(qiáng)度性能。

從試驗(yàn)結(jié)果來看，TPSM 穩(wěn)定度性能良好，浸水48h 穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)表現(xiàn)良好，標(biāo)準(zhǔn)飛散損失、浸水飛散損失較低，充分表明TPSM 高粘瀝青混合料具有良好的強(qiáng)度性能和抗飛散性能；SVAM 高粘瀝青混合料具有良好的殘留穩(wěn)定性，其凍融劈裂強(qiáng)度比和浸水飛散損失增加比較小，充分表明SVAM 具有良好的水穩(wěn)性能。

3.4 低溫性能

低溫彎曲試驗(yàn)是評價高粘瀝青混合料低溫抗裂性能的重要方法，在-10℃試驗(yàn)條件下，三種高粘瀝青混合料低溫性能如表6 所示。彎曲勁度模量大小排列順序?yàn)镠VAM＞TPSM＞SVAM。該指標(biāo)時橫梁低溫彎曲破壞時所需的能量，該指標(biāo)越小，則表明需要的能量越大。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，SVAM 彎曲勁度模量最小，表明在低溫條件下SVAM 瀝青混合料更難以受到破壞；最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)與彎曲勁度模量指標(biāo)定義相反，最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)越大，表明瀝青混合料柔性越高，其延展性性能良好。SVAM 最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)值最大，表明該瀝青混合料低溫抗裂性能良好。綜合分析抗裂試驗(yàn)結(jié)果，充分表明SVA 改進(jìn)瀝青與集料握裹性良好，在使用SVA改性瀝青的情況下，集料之間粘結(jié)性能優(yōu)異。

表6 瀝青混合料低溫抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

不同高粘瀝青對排水路面性能具有重要影響，對比SVA、HVA 和TPS 三種高粘瀝青或高粘改性劑的瀝青和瀝青混合料性能，其中，SVA 和HVA 的動力粘度是TPS 的5 倍左右，SVA 的動力粘度略小于HVA， SVA 與集料的握裹性良好，低溫性能更好；SVA 短期老化后的針入度值、低溫延度均優(yōu)于HVA 和TPS，具有較好的抗老化性能。

TPSM 具有最小的飛散損失，SVAM 的析漏損失最小，SVAM 的動穩(wěn)定度比HVAM 小，但相差不大。SVAM 具有更高的殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比，因而水穩(wěn)性能更優(yōu)。SVAM 的最大彎拉應(yīng)變最大，相比其它兩種混合料具有更好的低溫抗裂能力。與HVAM 和TPSM 相比，SVAM 有更好的水穩(wěn)性能和低溫抗裂性能，具有較好的高溫性能。