基于DSR的瀝青SHRP試驗指標研究

趙曉康劉晨鄭晨徐炳強

（1.河南省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南省交院工程檢測加固有限公司，河南 鄭州 450002）

基于DSR的瀝青SHRP試驗指標研究

趙曉康1，2劉晨1，2鄭晨1，2徐炳強2

（1.河南省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南省交院工程檢測加固有限公司，河南 鄭州 450002）

本文選擇六種不同油源及標號的石油瀝青進行DSR試驗，根據(jù)試驗結果來綜合評價各瀝青結合料的高溫性能及抗疲勞性能，并與國內(nèi)常規(guī)試驗結果進行對比分析，探究SHRP試驗指標與國內(nèi)瀝青常規(guī)指標之間的聯(lián)系。結果表明，SHRP試驗指標可以將瀝青的性質(zhì)與其路用性能結合起來，能更好地反映瀝青材料的路用性能。

性能評價，SHRP，DSR，常規(guī)指標

1987-1993年，美國SHRP歷時五年完成了一系列試驗計劃，并創(chuàng)建了一整套新方法來用于對瀝青性能進行分級和評價［1］，其主要精髓在于成功將路用性能與室內(nèi)研究建立直接聯(lián)系，把瀝青性能與環(huán)境條件相結合，最終通過系統(tǒng)的室內(nèi)試驗研究進行瀝青路面性能評價。在此基礎上，本文將選擇不同油源及標號的石油瀝青進行DSR試驗，根據(jù)試驗結果來綜合評價各瀝青結合料的高溫性能及抗疲勞性能，并與國內(nèi)常規(guī)試驗結果進行對比分析，探究SHRP試驗指標與國內(nèi)瀝青常規(guī)指標之間的聯(lián)系探究。

1　DSR試驗介紹

動力剪切流變儀（DSR）是SHRP試驗中評價瀝青材料高溫及抗疲勞性能的重要試驗方法。DSR用復數(shù)剪切模量G*和相位角δ來表征瀝青材料的粘性（不可恢復）和彈性（可恢復）部分，其中G*是材料在受重復剪切變形時對總阻力的一個度量，它包含彈性和粘性兩部分；δ是度量可恢復變形和不可恢復變形能力的相對指標，δ與施加應變與產(chǎn)生應力或者施加應力與產(chǎn)生應變時的時間滯后相關［2］。G*和δ可共同表征瀝青材料的高溫性能和抗疲勞性能，如在G*相同而δ不同的情況下，也可能表現(xiàn)出不同程度的可恢復形變能力，因此試驗中需對兩指標同時考慮。

理論上而言，瀝青路面高溫時需要有足夠的彈性，以利于彈性形變的恢復，因此在SHRP規(guī)范中用抗車轍因子G*/ sinδ來評價瀝青的高溫性能，在高溫條件下，G*/sinδ越大表明G*較大和δ較小，說明瀝青的抗車轍性能越好［3］。

2　瀝青DSR試驗分析

本次DSR試驗分別選取殼牌70#、90#、克拉90#、110#、中海90#、110#等六類瀝青進行試驗，原樣試驗條件為ω=10rad/s和γ=12%，試驗溫度為60℃和70℃；RTFOT后試驗條件為ω=10rad/s和γ=10%，試驗溫度為60℃，原樣和RTFOT后的試樣直徑均為25mm，厚1mm。具體試驗結果如圖1所示。

圖1　瀝青DSR試驗結果

2.1高溫穩(wěn)定性分析

SHRP規(guī)范中用車轍因子G*/sinδ表示抗車轍能力，G*/ sinδ越大，說明瀝青材料的抗車轍能力越強，而在具有相同的G*時，δ越小則越好，說明材料的彈性分量大而粘性分量小，即抗車轍能力強［4］。由以上DSR試驗結果可以看出：在相同的試驗溫度（60℃）下同一油源瀝青的復數(shù)剪切模量G*隨著標號增大而減小，相位角隨之δ增大，抗車轍因子G*/sinδ減小，說明瀝青材料的高溫性質(zhì)變差；而在較高溫度（70℃）下瀝青抗車轍因子隨著試驗溫度的提高而急劇減??；同時同標號而不同油源的瀝青抗車轍因子G*/sinδ相差比較大，這說明高溫性能和瀝青的組分密切有關，因此在評價瀝青的高溫性能時，需要綜合分析瀝青材料的各項指標。

2.2抗短期老化性能分析

在相同的試驗溫度（60℃）下，六種瀝青的抗車轍指標在RTFOT前后均產(chǎn)生了不同程度的變化，分析認為這種變化和其抗老化性能有關，對于RTFOT后G*/sinδ變化相對較小的瀝青材料，說明其抗老化性能較強。因此，引進瀝青的抗車轍因子比TR（老化后抗車轍因子/老化前抗車轍因子）來更好地說明瀝青材料的抗短期老化性能，TR越大，表明RTFOT使瀝青的G*/sinδ增大的幅度越大，其抗短期老化性能也就越差［5］。由瀝青材料RTFOT前后對比數(shù)據(jù)可知：不同油源以及相同油源而不同標號的瀝青材料間的抗短期老化能力存在很大差異，分析認為其一是瀝青的抗短期老化能力與瀝青自身的材料性質(zhì)有關，其二還可能與瀝青材料的儲存時間有關，實踐證明對于同一瀝青，儲存時間越長其抗老化能力就越差。

3　瀝青常規(guī)指標與SHRP指標的關系

本文將瀝青的DSR試驗結果與其針入度指數(shù)PI、溫度敏感系數(shù)AlgPen、15℃、25℃、30℃針入度、軟化點R&B及當量軟化點T800等常規(guī)指標進行對比分析，具體試驗結果如圖2所示。

圖2　瀝青常規(guī)指標與SHRP指標的比較

3.1高溫穩(wěn)定性對比

我國瀝青常規(guī)標準用溫度敏感性系數(shù)AlgPen、針入度指數(shù)PI來表征瀝青的感溫性，采用軟化點R&B、當量軟化點T800來表征瀝青的高溫性能。分析認為：常規(guī)指標中針入度指數(shù)PI、溫度敏感性系數(shù)AlgPen、軟化點R&B、當量軟化點T800與SHRP試驗標準中的60℃的抗車轍因子G*/sinδ間不存在明顯的相關關系，而對于同一油源不同標號的瀝青在不同溫度（15℃、25℃、30℃）下的針入度值與60℃的抗車轍因子G*/ sinδ存在較好的相關關系。

針入度的試驗溫度一般為15℃～30℃（或5℃～30℃），瀝青材料的感溫性是由不同溫度下的針入度值回歸得出的，因此瀝青材料的感溫性和該溫度范圍內(nèi)瀝青的針入度值有很大的關系，因此在評價瀝青的溫度敏感性時需要指明溫度范圍，在不同的溫度范圍內(nèi)同一瀝青的溫度敏感性也不相同。

3.2抗短期老化性能對比

從試驗結果可以看出SHRP指標與我國的瀝青指標體系得到的抗短期老化性能相關性不是很明顯，說明工程實際中若僅憑RTFOT后殘留針入度比較小就認為該瀝青材料過于稠硬而抗老化性能差，或者僅憑RTFOT后其25℃針入度較小就認為其高溫穩(wěn)定性好，都是不妥的。用針入度及相應的RTFOT后殘留針入度比作為瀝青抗短期老化性能評價指標有很大偏頗之處。

4　結論

綜合DSR測試結果可以得出，抗車轍因子G*/sinδ可以很好地評價瀝青的高溫性能及抗短期老化性能，而常規(guī)指標的針入度指數(shù)PI、溫度敏感性系數(shù)AlgPen、軟化點R&B、當量軟化點T800與抗車轍因子間沒有明顯的相關關系，且在實際應用中有些偏頗，SHRP指標與我國的瀝青指標作為不同的指標體系，實際工程應用中應有所借鑒，將瀝青性質(zhì)與瀝青的路用性能成功地結合起來才能更好得綜合反映瀝青的路用性能。

［1］ 張德勤.石油瀝青的生產(chǎn)與應用［M］.北京:中國石化出版社，2001，7.

［2］ 何演.瀝青結合料力學特性研究［D］.重慶交通學院，2005.

［3］ 馬峰等.美國生物瀝青混合料路用性能的研究與應用［J］.公路，2015（3）:168-172.

［4］ 陳靜云，趙慧敏.用SHRP方法評價再生瀝青性能［J］.大連理工大學學報，2001，1（51）:68-72.

［5］ 鄒桂連等，應用DSR評價瀝青膠漿路用性能的研究［J］.哈爾濱建筑大學學報，2001，34（3）:112-115.

U414

A

1003-5168（2015）11-076-02

趙曉康（1987-），男，碩士.助理工程師，研究方向：道路路面材料。