瀝青及瀝青混合料低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析*

王彬，許文龍，朱龍騰，李桂森，閆芳階

（山東省淮河流域水利管理局規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250100）

瀝青及瀝青混合料低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析*

王彬，許文龍，朱龍騰，李桂森，閆芳階

（山東省淮河流域水利管理局規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250100）

采用石灰?guī)r石料和AC20級(jí)配，通過對(duì)90#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青、巖瀝青及復(fù)合改性瀝青等瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，分析瀝青及瀝青混合料低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果表明，延度與低溫彎拉應(yīng)變的相關(guān)性較好，而延度與當(dāng)量PG低溫等級(jí)的相關(guān)性較差，這與延度的試驗(yàn)方法有關(guān)；采用萬能試驗(yàn)機(jī)得出的低溫彎拉應(yīng)變指標(biāo)大多不滿足規(guī)范要求，小梁彎曲低溫彎拉應(yīng)變的試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受到多種因素的影響，工程上單純用低溫彎拉應(yīng)變指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)合料的低溫抗裂性能不合適，建議作為推薦性指標(biāo)。

公路；瀝青混合料；石灰?guī)r石料；延度；低溫彎拉應(yīng)變；PG低溫等級(jí)；低溫性能

低溫性能是瀝青及瀝青混合料的基本性能之一，用于評(píng)價(jià)冬季瀝青路面抵抗低溫開裂的能力。對(duì)于冬季溫差較大和冬季漫長(zhǎng)的北方地區(qū)，開裂已成為最嚴(yán)重的道路病害之一，如何評(píng)價(jià)并改善瀝青混合料的低溫性能顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)瀝青及瀝青混合料低溫性能的指標(biāo)很多，目前常用針入度、延度、脆點(diǎn)及當(dāng)量脆點(diǎn)、PG等級(jí)等來評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能，用低溫彎曲破壞試驗(yàn)、低溫凍斷試驗(yàn)和低溫劈裂試驗(yàn)等來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能。中國(guó)公路施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定在-10℃、加載速率50mm/min條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和破壞勁度模量，并根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀綜合評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，其控制指標(biāo)為瀝青混合料小梁彎曲破壞時(shí)的梁底最大彎拉應(yīng)變。以山東省（氣候分區(qū)屬于1-3區(qū)）為例，普通瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變應(yīng)大于2 000με，改性瀝青應(yīng)大于2 500με。一般來說，不同瀝青混合料石料差別不大，主要區(qū)別在于瀝青，瀝青的低溫性能直接影響混合料的低溫性能。因此，有必要開展瀝青與混合料低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性研究。

1 原材料試驗(yàn)

1.1瀝青

所用瀝青為90#基質(zhì)瀝青、70#基質(zhì)瀝青、巖瀝青改性瀝青、SBS、SBR改性瀝青，其中改性瀝青均在70#基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性而成，SBS改性劑采用YH-791線型，巖瀝青灰分低于10%，SBR為粉末狀固體添加劑。5種瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表1，結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青各指標(biāo)均符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求，SBS、SBR改性瀝青分別符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中Ⅰ-D和Ⅱ-C的要求。

表1　瀝青性能檢驗(yàn)結(jié)果

為了采用BBR試驗(yàn)精確表征瀝青的低溫性能，引入當(dāng)量PG低溫等級(jí)k的概念。例如某瀝青在試驗(yàn)溫度-12℃時(shí)進(jìn)行BBR試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足S-12＜300 MPa和m-12＞0.3的要求，而在試驗(yàn)溫度為-18℃時(shí)不滿足上述要求，則該瀝青的當(dāng)量PG低溫等級(jí)k在-12和-18之間。設(shè)S與m與試驗(yàn)溫度之間呈線性變化關(guān)系，則k=［（300×6+ 12S-18-18S-12）/（S-18-S-12）+（18m-12-12m-18-0.3×6）/（m-12-m-18）］/2+10。

1.2改性劑

采用巖瀝青、SBS和相溶劑進(jìn)行試驗(yàn)，其中SBS為YH-791線型，相溶劑為糠醛抽出油，巖瀝青技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2　巖瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

1.3集料

粗、細(xì)集料均為石灰?guī)r石料，其主要技術(shù)性能分別見表3和表4，均符合施工規(guī)范的要求。

表3　粗集料的主要技術(shù)性能

表4　細(xì)集料的主要技術(shù)性能

2 瀝青混合料試驗(yàn)

瀝青混合料的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表5

3 相關(guān)性分析

3.1瀝青低溫指標(biāo)相關(guān)性分析

針入度、延度、脆點(diǎn)和BBR低溫等級(jí)都可用于評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能，對(duì)不同指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果見表6和圖1。

表6　瀝青低溫指標(biāo)相關(guān)性線性回歸分析結(jié)果

由圖1和表6可以看出：當(dāng)量脆點(diǎn)與BBR之間的相關(guān)性最好，脆點(diǎn)與延度之間的相關(guān)性次之，而延度與BBR之間的相關(guān)性較差。這是因?yàn)檠佣鹊脑囼?yàn)方法在超過150 cm時(shí)無法進(jìn)行，且延度試驗(yàn)采用的是直接拉伸方法，而BBR采用的是間接拉伸方法。間接拉伸方法更符合路面實(shí)際受力狀況，建議在常規(guī)延度試驗(yàn)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能時(shí)采用BBR試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)。針入度作為最常用的瀝青分級(jí)指標(biāo)，既可代表瀝青的高溫性能，也能表達(dá)瀝青的低溫性能，但針對(duì)性不強(qiáng)。相比而言，PG分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)更為科學(xué)。

圖1　瀝青各低溫指標(biāo)相關(guān)性線性回歸分析

3.2瀝青低溫指標(biāo)與瀝青混合料低溫彎拉應(yīng)變相關(guān)性分析

在如何對(duì)待瀝青混合料低溫性能上，世界各國(guó)有著不同的規(guī)定，一般來說，瀝青含量越高的混合料越不容易發(fā)生低溫開裂，故美國(guó)、法國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)瀝青混合料的低溫性能沒有作明文規(guī)定。中國(guó)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》采用-10℃時(shí)小梁彎曲梁底的最大彎拉應(yīng)變作為評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫性能的主要指標(biāo)，例如對(duì)于地處1 -3區(qū)的山東省，基質(zhì)瀝青混合料破壞應(yīng)變不應(yīng)低于2 000με，改性瀝青混合料不應(yīng)低于2 500με。采用一元線性回歸分析方法對(duì)瀝青的幾個(gè)低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和混合料小梁彎曲破壞應(yīng)變之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見圖2和表7。

圖2　瀝青低溫指標(biāo)與混合料低溫彎拉應(yīng)變相關(guān)性線性回歸分析

表7　瀝青低溫指標(biāo)與混合料彎拉應(yīng)變相關(guān)性線性回歸分析結(jié)果

由圖2和表7可以看出：瀝青的10℃延度與混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變之間的相關(guān)性最好，當(dāng)量脆點(diǎn)和當(dāng)量PG低溫等級(jí)次之，而針入度與彎曲破壞應(yīng)變之間幾乎沒有相關(guān)性。說明中國(guó)規(guī)范采用延度來評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能是合理的。表5中幾種瀝青的彎曲破壞應(yīng)變均達(dá)不到規(guī)范要求（假設(shè)氣候分區(qū)為1-3）。

4 結(jié)論

（1）評(píng)價(jià)瀝青及瀝青混合料低溫性能的指標(biāo)中，當(dāng)量脆點(diǎn)與BBR之間的相關(guān)性最好，脆點(diǎn)與延度之間的相關(guān)性次之，延度與BBR之間的相關(guān)性較差。BBR試驗(yàn)采用的間接拉伸方法更符合路面實(shí)際受力狀況，建議在常規(guī)延度試驗(yàn)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青低溫性能時(shí)采用BBR試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）瀝青的10℃延度與混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變之間的相關(guān)性最好，當(dāng)量脆點(diǎn)和當(dāng)量PG低溫等級(jí)次之，而針入度與彎曲破壞應(yīng)變之間幾乎沒有相關(guān)性。

（3）瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)指標(biāo)在同等試驗(yàn)條件下試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性較差，受試驗(yàn)人員操作水平和試驗(yàn)設(shè)備類型等多種因素的影響。工程上不宜單純采用低溫彎拉應(yīng)變指標(biāo)來評(píng)價(jià)材料的低溫性能，宜作為推薦性指標(biāo)參考使用。

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U416.217

A

1671-2668（2016）05-0076-04

山東省重大水利科研項(xiàng)目（SDSLKY201406；SDSLKY201316）

2015-12-29