用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響

顧一春，張 誠，于 新

（河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098）

用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響

顧一春，張 誠，于 新

（河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210098）

為了研究用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響，選用了70號道路石油基質瀝青和SBS改性瀝青，對不同發泡用水量的瀝青進行RTFOT及PAV測試，以疲勞因子G*·sinδ作為評價指標，研究瀝青的抗老化性能。試驗結果表明：70號道路石油瀝青隨著發泡用水量的增加，極限疲勞溫度增加，在常規發泡用水量（1%～2%）條件下，抗疲勞性能略有降低；SBS改性瀝青在常規發泡用水量（3%）條件下，抗疲勞性能改善。

泡沫瀝青；抗老化性能；發泡用水量；G*·sinδ

泡沫溫拌技術是新興的筑路技術，最早起源于歐洲，近年傳至中國。溫拌瀝青路面和傳統的熱拌瀝青路面相比性能相當，卻可以降低施工溫度20～50℃，節約能源30%，同時減少因燃料燃燒產生的CO2、SO2、NOX等氣體。在能源日趨緊張，對減排要求越來越高的“低碳時代”，溫拌技術在瀝青路面建設中已得到了越來越多的應用［1］。由于不需要添加特別的添加劑，又可有效實現溫拌，目前在美國佐治亞等幾個州的溫拌項目中75%以上采用了泡沫溫拌技術［2-3］。

泡沫溫拌技術是瀝青路面的一大發展趨勢，但是傳統的研究結果表明水分對于瀝青路面的性能影響很大?，F階段對泡沫瀝青中的水分是否會對路面性能產生影響仍然存在很大質疑。

2005年，深圳市公路工程質量檢測站楊虎榮［4］等研究發現發泡用水量對瀝青發泡效果的影響較大。2006年，香港理工大學何貴平［5］研究發現氣壓對發泡瀝青的衰變曲線影響不大，影響發泡瀝青衰變的主要因素是用水量。2008年，同濟大學栗關裔［6］等研究發現影響瀝青發泡的主要因素為瀝青種類和發泡用水量。2008年，重慶交通大學喬衛華［7］研究發現瀝青的標號及用水量對瀝青發泡影響較大，發泡時瀝青的溫度并不是越高越好，發泡水溫在40℃時發泡效果較好。國內對泡沫瀝青實際使用過程中的路用性研究較少，缺乏對泡沫瀝青路用性能的實驗模擬。疲勞破壞是瀝青路面主要破壞形式，主要由車輛重復荷載以及瀝青老化造成的。所以對泡沫瀝青不同用水量下的抗老化性能進行研究就十分重要。

1 試驗材料

1.1 原材料

本文選用了江蘇地區常用的70#基質瀝青和SBS改性瀝青，其性能指標如表1所示，試驗中的發泡用水為普通自來水。

1.2 泡沫溫拌瀝青的室內制備

室內發泡試驗使用的是維特根WLB 10型發泡試驗機，如圖1所示。

表1 瀝青性能指標試驗結果Tab.1 Testing results of asphalt performance

在試驗中，結合國內外研究成果，選擇70號道路石油基質瀝青加熱溫度為150℃；發泡用水量分別為1%，2%，3%；發泡水溫度為30℃。選擇SBS改性瀝青加熱溫度為170℃；發泡用水量分別為1%，2%，3%；發泡水溫度為30℃。

2 試驗方法及評價指標

在SHRP瀝青理論中，瀝青膠結料抗疲勞性能是在中溫條件下用經過RTFOT和PAV老化后的瀝青進行評價的，瀝青疲勞性能評價指標就是G*·sinδ，該指標綜合考慮了瀝青混合料經受5～10年的行車荷載作用及環境溫度的影響，美國戰略公路研究計劃（SHRP）采用疲勞因子G*·sinδ作為瀝青膠漿疲勞性能的評價指標，并引入Superpave［8］，要求G*·sinδ值不超過5mPa［9］。

2.1 試驗方法

瀝青的短期老化采用旋轉薄膜烘箱法（RTFOT）進行試驗，用來模擬瀝青在貯存、拌和、運輸及鋪筑過程中的老化。試驗過程按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的試驗方法進行。

瀝青的長期老化則采用壓力老化試驗儀（PAV）進行試驗，以模擬瀝青在路面開放交通后使用過程中的老化。根據SHRP的研究結果，標準的PAV老化試驗其老化效果相當于一般瀝青路面使用5～7年后瀝青膠結料的老化程度。試驗步驟按照AASHTO PPI的要求進行。

2.2 評價指標

對RTFOT及PAV老化后的瀝青分別進行動態剪切試驗，得到其隨溫度變化的G*·sinδ曲線，以G*· sinδ=5.0mPa時的溫度為極限疲勞溫度FTf。

FTf實際上確定了泡沫溫拌瀝青在一定時間內不發生疲勞破壞的溫度，FTf越小，表明瀝青所適應的疲勞溫度區域越大，瀝青的抗疲勞性能越好。

3 試驗結果及分析

1）70號道路石油瀝青。對不同發泡用水量的70號道路石油瀝青分別進行RTFOT及PAV后疲勞因子G*·sinδ測試，得到的試驗結果如表2。

表2 不同發泡用水量的70號道路石油瀝青疲勞因子試驗結果（kPa）Tab.2 Fatigue factor testing results of No.70 road asphalt in different foaming water consumptions（kPa）

表2得到了從10℃～50℃范圍內的不同的溫度（T）對應的疲勞因子（G*·sinδ），建立了疲勞因子對數值（log（G*·sinδ））-溫度T曲線圖，結果如圖2所示。

圖2 不同發泡用水量的70號道路石油瀝青log（G*·sinδ）-T關系圖Fig.2 log（G*·sinδ）-T relationship diagram of No.70 road asphalt in different foam ing water consumptions

根據回歸擬合的公式，計算G*·sinδ=5.0mPa時的溫度，即極限疲勞溫度FTf。計算結果如表3所示。

分析表3中數據可以發現：

①70號道路石油瀝青隨著發泡用水量的增加，極限疲勞溫度先降低后增加，當發泡用水量為1%時極限疲勞溫度低于70號道路石油瀝青的極限疲勞溫度，當發泡用水量＞1%時極限疲勞溫度高于70號道路石油瀝青的極限疲勞溫度，說明極限疲勞溫度FTf值隨著泡沫溫拌瀝青發泡用水量的增大而增大，過大的發泡用水量會降低70號道路石油瀝青的抗疲勞性能。

②70號道路石油瀝青在常規發泡用水量（1%～2%）條件下，膠結料的抗疲勞性能略受影響。

2）SBS改性瀝青。在不同發泡用水量的SBS改性瀝青進行RTFOT及PAV后，對其疲勞因子G*·sinδ測試，得到的試驗結果如表4。

表4 不同發泡用水量的SBS改性瀝青疲勞因子試驗結果（kPa）Tab.4 Fatigue factor testing results of SBSmodified asphalt in different foaming water consumptions（kPa）

表4中得到了從10℃～50℃范圍內的不同的溫度（T）對應的疲勞因子（G*·sinδ），建立疲勞因子對數值log（G*·sinδ）-T曲線圖，結果如圖3所示。

圖3 SBS改性瀝青不同發泡用水量log（G*·sinδ）-T關系圖Fig.3 log（G*·sinδ）-T relationship diagram of SBSmodified asphalt in different foaming water consumptions

根據回歸擬合的公式，計算G*·sinδ=5.0mPa時的溫度，即極限疲勞溫度FTf。計算結果如表5所示。

表5 不同發泡用水量的SBS改性瀝青極限疲勞溫度FTfTab.5 Lim ited fatigue temperature FTfof SBSmodified asphalt in different foam ing water consumptions

由表5中數據可以發現：

1）極限疲勞溫度隨著SBS改性瀝青發泡用水量的增大，先增大后有所降低，當SBS改性瀝青發泡用水量＞1%時極限疲勞溫度低于SBS改性瀝青，說明SBS改性瀝青發泡用水量＞1%時抗疲勞性能提高。

2）SBS改性瀝青在常規發泡用水量（3%）條件下，極限疲勞溫度FTf值降低，膠結料的抗疲勞性能提高。

4 結論

從膠結料的極限疲勞溫度這個指標考慮，得出以下結論：

1）70號道路石油瀝青隨著發泡用水量的增加，抗疲勞性能先提高后降低，在常規發泡用水量（1%～2%）條件下，抗疲勞性能略有降低。

2）SBS改性瀝青隨著發泡用水量的增加，抗疲勞性能先降低后提高，在常規發泡用水量（3%）條件下，抗疲勞性能提高。

我國現有針對泡沫瀝青的研究較少，主要集中于泡沫瀝青的發泡效果研究，缺少有關泡沫瀝青實際使用過程中的理論研究，而且傳統觀念中水會對瀝青的性能造成嚴重不利影響，這限制了泡沫瀝青的推廣。本文在他人的研究基礎上，研究了用水量對泡沫瀝青抗老化性能的影響，為泡沫瀝青的使用提供一定的參考。通過實驗，發現發泡水對兩種瀝青的抗老化性能影響很小，瀝青發泡后性能依舊良好。

泡沫溫拌技術在美國部分州已得到大規模應用，但在我國泡沫瀝青用水量對膠結料性能的影響相關理論不夠全面，仍值得深入研究。

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Effect of Water Content on Anti-aging Properties of Foamed Asphalt

Gu Yichun,Zhang Cheng,Yu Xin
(College of Civil and Transportation Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)

In order to probe into the effect of water content on anti-aging properties of foamed asphalt,this study selected 70#asphalt and SBSmodified asphalt,carried out RTFOT and PAV experiments on foamed asphalt of dif?ferent water content and then adopted G*·sinδ as the evaluation index to research anti-aging properties.Test re?sults show that as water consumption increases,the fatigue limit temperature of 70#asphalt increase and anti-fa?tigue properties decrease in the condition of foaming water content(1%～2%),while anti-fatigue properties perfor?mance of SBSmodified asphalt increase in the condition of foaming water content(3%).

foamed asphalt;anti-aging properties;water content of foamed asphalt;G*·sinδ

U416.217

A

2014-07-18

江蘇省交通運輸廳科研項目（2012Y39）

顧一春（1992—），男，研究生，研究方向為道路與鐵道工程；于新（1975—），男，教授，博導，研究方向為路面材料。

1005-0523（2014）06-0029-05