春風塔河90A瀝青及瀝青混合料性能評價分析

陳 芳，蔣曉園，楊秋菊，馬蓮霞

(1.新疆交通建設集團股份有限公司 烏魯木齊市 830011； 2.新疆維吾爾自治區交通建設管理局項目執行三處 烏魯木齊市 830011)

在“一帶一路”發展戰略推進下，伴隨經濟的快速增長，新疆公路建設事業也取得了矚目的成就。在公路建設事業蓬勃發展的同時，許多新的問題也接踵而來，主要表現為以下幾點：首先，新疆優質重交道路瀝青產量不足[1]；其次，新疆氣候環境復雜，夏季炎熱，冬季寒冷，紫外線輻射強度大[2]，年溫差較大，干濕交替，重載、超載現象突出，導致瀝青路面病害突顯；最后，目前新疆地區瀝青產品單一，缺乏市場競爭。因此中石化聯合新疆交建集團開展高性能道路瀝青研發工作，本研究依托新疆高性能瀝青研究的基礎上，針對春風塔河瀝青、克煉瀝青進行大量試驗分析，對兩瀝青品牌性能全面評價比較。

1 試驗設計

對春風塔河90瀝青(簡稱CHTH90A))進行試驗研究，集料選用新疆阿勒泰某項目中面層所使用的集料卵石破碎石，通過馬歇爾體積指標確定最佳油石比[3]，對瀝青混合料性能進行評價，并與克拉瑪依90A(簡稱KL90A))瀝青及瀝青混合料進行對比。在常規試驗的基礎上進行延時老化試驗，并采用紅外線光譜儀進行紅外光譜測試，對瀝青性能進行評價。試驗方法參照《瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4](JTG E20—2011)中的相關試驗方法進行常規試驗。

2 瀝青性能分析

2.1 常規指標分析

選用新疆地區常用的兩種基質瀝青KL90A、CHTH90A進行試驗分析，按照《瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4](JTGE20—2011)相關試驗方法進行瀝青試驗，其技術指標要求參照《公路瀝青路面施工技術規范》[5](JTG F40—2004)，試驗結果見表1。

從表1可以看出，兩種品牌基質瀝青90A的技術指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》[5](JTG F40—2004)的要求，其25℃針入度、軟化點差異并不明顯，60℃動力粘度CHTH90A>KL90A，針入度指數PI CHTH90A>KL90A，通過以上對比分析可以得出，CHTH90A瀝青的黏度及針入度指數PI大，說明其高溫穩定性較好及感溫性能小。經過RTFOT后，質量損失率CHTH90A>KL90A，10℃殘留延度KL90A>CHTH90A，25℃殘留針入度比KL90A>CHTH90A，說明其經過短期老化后，CHTH90A抵抗低溫變形能力較弱，由于CHTH90A瀝青蠟含量比較高，可能導致其抵抗低溫變形能力比較弱。PG性能等級比較，CHTH90A與KL90A瀝青適應同等氣候溫度區間。從瀝青的組分分析來看，CHTH90A瀝青組分構成在合理范圍內。其他各項技術指標兩種品牌的瀝青幾乎相當。

表1 新疆不同瀝青品牌性能比較(90A)

研究選用9.5～13.2mm粒徑卵石破碎集料、9.5～13.2mm的花崗巖。試驗方法采用水浸法。選用9.5～13.2mm粒徑卵石破碎集料，從試驗結果分析春風塔河90A瀝青與礦料的粘附性與KL90A相比，沒有明顯差別，性能基本相當。但集料選用9.5～13.2mm的花崗巖，從實驗結果看，CHTH90A瀝青與集料的粘附性不如KL90A。

2.2 延時老化性能分析

延時老化試驗參照《瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4](JTG E20—2011)中的相關試驗方法進行試驗，試驗結果如表2及圖1～圖4所示。

表2 CHTH90A延時老化后各指標試驗結果

圖1 針入度隨RTFOT老化時間的變化規律

圖2 15℃延度隨RTFOT老化時間的變化規律

圖3 軟化點隨RTFOT老化時間的變化規律

圖4 殘留針入度比隨RTFOT老化時間的變化規律

采用薄膜烘箱延時老化試驗后發現，CHTH90A瀝青的25℃針入度、殘留針入度比、15℃延度、軟化點隨著老化時間延長變化較為顯著。CHTH90A瀝青的25℃針入度、15℃延度、殘留針入度比在0～180min時衰減的幅度很大，在180min之后變化趨于平緩；軟化點在0～130min區段變化趨于平緩，在130min之后增幅比較大。表明隨著老化時間的持續進行，CHTH90A瀝青低溫性能趨于穩定，高溫性能隨著老化時間的持續呈現較為顯著的變化。

2.3 紅外光譜測試

采用紅外線光譜儀進行瀝青試驗，2種90A瀝青譜圖對比結果發現差別較大，特征峰的位置基本上在相同的波數范圍內。另外還發現KL90A瀝青其在波數(cm-1)1500～1800之間的特征峰的峰形狀較為鋒利，而CHTH90A瀝青在波數(cm-1)1500～1800之間的特征峰的峰形狀較為平滑。這主要是因為瀝青中官能團的含量相差較大，導致瀝青對紅外光的吸收是不一樣。

3 瀝青混合料性能分析

依據高低溫及降雨因素，《新疆瀝青路面設計指導手冊》將新疆分為水穩及凍穩區、低溫抗裂區、高低溫過渡區、高溫抗車轍區四個氣候區。阿勒泰地區為低溫抗裂區，根據新疆氣候環境及自然條件，本研究選擇瀝青面層混合料級配類型AC-20C進行混合料性能分析，并與KL90A瀝青混合料進行對比。

3.1 不同混合料類型最佳油石比確定

室內通過測定135～175℃條件的粘度，通過粘度-溫度曲線法，確定瀝青混合料拌和溫度為165～170℃，擊實溫度為150～160℃。依據集料篩分結果，通過混合料配合比設計[4]，根據馬歇爾體積指標確定AC-20C最佳油石比為4.0%，春風塔河90A瀝青混合料各級配類型馬歇爾體積指標見表3。

表3 春風塔河90A瀝青混合料的馬歇爾試驗結果

從表3可以看出，不同級配類型最佳油石比下春風塔河90A瀝青混合料馬歇爾各項試驗結果均符合《公路瀝青路面施工技術規范》[5](JTG F40—2004)要求。

3.2 不同級配的瀝青混合料性能驗證

按照前述已經確定的最佳油石比及級配類型，參照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4](JTG E20—2011)中的相關試驗方法進行瀝青混合料試驗，試驗結果見表4，相關技術要求見表5。

表4 90號A級瀝青混合料性能分析比較

表5 《新疆瀝青路面設計指導手冊》低溫抗裂區瀝青混合料相關技術指標要求

從表4可以看出，瀝青混合料指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》[5](JTG F40—2004)、《新疆瀝青路面設計指導手冊》相關技術要求。新疆阿勒泰地區均為低溫抗裂區，瀝青混合料性能相比，殘留穩定度、穩定度、動穩定度、破壞應變： AC-20CKL90A>AC-20CCHTH90A；凍融劈裂強度比、流值：AC-20CCHTH90A>AC-20CKL90A；在混合料性能方面兩種瀝青相差不大。

根據室內試驗配合設計及驗證，現場進行了試驗路的鋪筑，鋪筑后進行了現場檢測。通過檢測評價，路面整體性能良好。

4 結論

(1)通過瀝青常規指標分析，CHTH90A瀝青高溫穩定性較好，感溫性小，抵抗低溫變形能力較弱。PG性能等級比較，CHTH90A與KL90A瀝青適應同等氣候溫度區間。

(2)通過延時老化試驗分析得出，隨著老化的持續進行，CHTH90A瀝青低溫性能趨于穩定，高溫性能變化較為顯著。

(3)通過紅外光譜試驗，在波數(cm-1)1500～1800之間，KL90A瀝青特征峰的峰形狀較為鋒利，而CHTH90A瀝青特征峰的峰形狀較為平滑。

(4)通過不同級配類型混合料性能分析，CHTH90A瀝青混合料馬歇爾各項試驗結果及混合料性能均符合《公路瀝青路面施工技術規范》[5](JTG F40—2004)、《新疆瀝青路面設計指導手冊》要求，其性能兩種瀝青相差不大。