EVA改性瀝青重復蠕變變形特性分析

王愛峰，李自力，李銳鐸

(1.河南中州路橋建設有限公司，河南 周口 466000； 2. 河南城建學院，河南 平頂山 467036)

0 引言

我國瀝青路面產生高溫車轍病害的主要原因是瀝青及瀝青混合料的高溫穩定性較差，在車輛重復荷載作用下，瀝青路面出現較大的不可恢復變形，因此許多學者通過對瀝青改性的方法來提高瀝青混合料的高溫穩定性[1-4]，并通過多種試驗方法評價瀝青及其混合料的高溫穩定性[5-9]。其中，基于流變學理論的重復蠕變試驗是一種有效的瀝青混合料高溫穩定性評價方法。本研究利用動態剪切流變儀對EVA改性瀝青進行重復蠕變試驗，研究其蠕變變形特性，為EVA改性瀝青的研究及應用提供一定的理論基礎及技術指導。

1 原材料性質

1.1 瀝青

使用江蘇產阿爾法70#A級道路瀝青，其基本性能指標如表1所示。

表1 70#基質瀝青基本性能指標試驗結果Tab.1 Test results of performance index of 70# matrix asphalt

1.2 EVA

選用瀝青改性劑為EVA樹脂顆粒，該EVA乙酸乙酯(VA)含量為15%，顆粒直徑約0.5 cm，由裕辰隆工程塑料公司生產，如圖1所示。EVA塑料顆粒物性表如表2所示。

圖1 EVA顆粒Fig.1 EVA particle

表2 EVA共聚物物性表Tab.2 Physical property of EVA copolymer

2 改性瀝青制備

將基質瀝青在烘箱內加熱熔化后保溫在(135±5)℃、4 h以上待用，再次將瀝青加熱到170℃并保溫1 h以上待用，再按照3%、6%、9%的摻量將EVA改性劑摻入瀝青中，使用高速攪拌裝置在170℃下均勻攪拌1 h，可制得EVA改性瀝青。利用動態剪切流變儀(DHR-1型)對基質瀝青和改性瀝青進行流變試驗。

3 重復蠕變恢復試驗及改性瀝青變形特性分析

3.1 重復蠕變恢復試驗

重復蠕變恢復試驗分別在30℃、40℃、50℃、60℃條件下測得，設定荷載為100 Pa、蠕變加載時間為50 s、蠕變卸載時間為50 s、蠕變循環次數共10次。30℃使用8 mm平行板測定，瀝青膜厚度為2 000 μm；40℃、50℃、60℃使用25 mm金屬平行板進行蠕變恢復試驗，瀝青膜厚度為1 000 μm。

3.2 改性瀝青的變形特性分析

由圖2可知，在所有測試溫度條件下，基質瀝青的應變均比EVA改性瀝青應變大。在第2個蠕變恢復結束時(即試驗時間為200 s時)，在30℃、40℃、50℃和60℃條件下，基質瀝青的應變分別是EVA改性瀝青的165.88倍、310.95倍、293.26倍和438.85倍，說明與基質瀝青相比，EVA改性瀝青具有明顯的高溫穩定性。隨著EVA摻量的增加，EVA改性瀝青的高溫穩定性逐漸增強，但抗變形能力的增加幅度不斷降低。

圖2 加載卸載(前兩個周期)應變試驗結果Fig.2 Strain test results before and after loading(the first two cycles)

將蠕變恢復試驗中，恢復階段卸載瞬間時的應變用εL表示，恢復階段最后時刻的殘余變形用εP表示，稱為永久變形[10]。則εP/εL為永久變形占總變形的比例，表示變形中黏性部分占據的比例[11]。

對初始應變進行歸一化處理，并將處理后的初始應變繪制成散點圖如圖3所示。基質瀝青的殘余變形經過49 s的變形恢復比例為99.40%，說明基質瀝青在經歷了50 s的變形恢復階段后僅僅恢復了0.6%的變形。對于改性瀝青，殘余變形比例則逐漸增大，3%、6%、9%EVA改性瀝青的殘余變形比例依次為99.07%、71.52%、67.60%。隨著摻量的增加，改性瀝青的變形恢復能力逐漸提高，彈性性能有了較大增強。從圖3中可以看出，如果恢復時間延長，延遲彈性恢復還將繼續，表明改性瀝青的殘余變形中仍有尚未恢復的延遲彈性變形。

圖3 瀝青在60℃ 第1次卸載恢復曲線 (歸一化處理)Fig.3 Unloading and recovery curve of asphalt for the first time under 60℃(normalization processing)

表3 60℃基質瀝青及改性瀝青εP/εL結果Tab.3 εP/εL results of matrix asphalt and modified asphalt under the temperature of 60℃

對于基質瀝青，主要變形形式是黏性流動變形，在變形過程中，僅考慮其黏性因素。而改性瀝青在蠕變恢復試驗中既表現黏性性能，又表現彈性性能。

以上研究的是蠕變恢復試驗第1個卸載50 s階段瀝青的變形恢復特點，但改性瀝青的延遲彈性變形恢復可能需要接近無限長的時間，現有的蠕變恢復試驗難以滿足要求。為了分析延遲彈性變形隨著作用次數的變形情況，對εP/εL取倒數，得到εL/εP，用以表示改性瀝青的變形恢復能力。

當εL/εP=1時，瀝青的蠕變變形全部為黏性流動變形。εL/εP越大，瀝青的變形恢復能力越大。將基質瀝青、改性瀝青在不同溫度第1、5、10次蠕變恢復后的εL/εP值匯總于表4。

表4 不同溫度、不同作用次數的瀝青恢復指數εL/εPTab.4 Asphalt recovery index εL/εP under different temperature and different operation times

由表4可知，隨著溫度的增加，不同材質瀝青在不同的循環作用次數下，εL/εP的值都出現了遞減的規律，這表示在重復蠕變恢復試驗中，溫度越高，瀝青的黏性流動變形越大，在瀝青變形的因素中黏性因素逐漸增大，隨著作用次數的增加，基質瀝青隨著蠕變次數的增加，εL/εP趨于穩定，在第5次加載和第10次加載時，εL/εP值極為接近，甚至相同，說明基質瀝青在經過多次蠕變作用后，完全喪失了彈性變形的能力，基質瀝青此時受到荷載作用產生的變形為黏性流動變形。而改性瀝青隨著循環作用次數εL/εP的值發生了增大現象，表明在重復蠕變恢復試驗中，蠕變循環次數越多，則瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加，隨著瀝青改性劑摻量的增加，EVA改性瀝青的εL/εP都產生了不同程度的增加，說明隨著改性劑摻量的增大，瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加。

4 結論

(1)與基質瀝青相比，EVA改性瀝青具有明顯的高溫穩定性。隨著EVA摻量的增加，EVA改性瀝青的高溫穩定性逐漸增強，但抗變形能力的增加幅度不斷降低。

(2)在重復蠕變恢復試驗中，蠕變循環次數越多，則瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加；隨著瀝青改性劑EVA摻量的增加，改性瀝青的εL/εP都產生了不同程度的增加，說明隨著改性劑摻量的增大，瀝青變形的因素中黏性因素逐漸減小，彈性因素逐漸增加。