沥青胶结料高温变形评价指标及性能研究.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)沥青胶结料高温变形评价指标及性能研究韩 良(湘潭市交通建设质量安全监督站湖南 湘潭)摘 要:为研究沥青胶结料高温变形评价指标根据 分级标准和我国现行的针入度分级标准之间的特点选用两种基质沥青和两种 改性沥青分别进行沥青胶结料 高温分级和针入度分级 采用动态剪切流变仪()测得抗变形车辙因子/后通过灰色关联法拟合 针入度、软化点、针入度指数、当量软化点 等与/的相关性 根据研究结果可知当量软化点 与/关联度最高关键词:沥青胶结料高温性能老化性能 分级针入度标准中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.()/././.:收稿日期:作者简介:韩良()女湖南湘潭人硕士工程师主要从事道路工程 原材料试验.试验材料本次选用两种基质 沥青 和 和改性沥青()和()按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程()中相关试验要求测试四种沥青技术指标由表 可知两种基质沥青的各项技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范()对 区 级沥青技术要求和两种改性沥青的各项指标均符合 类()技术要求表 四种沥青技术指标沥青 针入度/(.)软化点/延度/延度/针入度指数当量软化点 动力粘度/运动粘度/短期 老化 后指标软化点/残留针入度比/延度/延度/.().().注:改性沥青短期 老化 前后软化点规律相反的原因会在下节论述.原材料试验()针入度分级标准补充试验 针入度并不能直接衡量沥青胶结料高温性能虽然有软化点指标综合控制但是因沥青中蜡含量的影响在环球法软化点试验中蜡会吸收部分热量出现软化点虚高的情况蜡含量越高软第 期韩 良:沥青胶结料高温变形评价指标及性能研究总第 期化点虚高的程度越大因不同品种的沥青蜡含量都不同单一软化点指标无法准确评价基质沥青胶结料高温稳定性对于改性沥青而言软化点也无法与沥青胶结料高温性能指标直接关联如表 所示()老化前软化点达到.老化后软化点.高于老化前为排除试验误差对两种 改性沥青进行三次软化点平行试验如下表 所示软化点数值差距最大是原样()改性沥青.但发()改性沥青老化前后软化点变化规律相同表 试验误差对软化点的影响误差类型改性沥青在不同试验条件下的软化点值/原样()老化()原样()老化()原测数据.误差.误差.误差.改性沥青短期 老化 后会出现软化点比老化前高或低的现象原健安、张争奇等 认为这是 改性剂与基质沥青相互作用的原因或者是不同改性剂的影响 不同的改性剂 改性沥由基质沥青和改性剂组成 老化 后不仅“老化”基质沥青也“老化”改性剂这种“老化”影响了基质沥青与改性剂的相互作用 在标准试验方法条件下 改性沥青的软化点与沥青胶结料高温性能关联不大甚至会出现 改性沥青软化点高而混合料高温性能较差的现象为更好研究针入度分级体系中沥青高温性能指标本次试验中增加 针入度、针入度试验用来计算针入度指数 和当量软化点 针入度计算 ()式中:表示采用 、针入度经回归计算求得的斜率针入度计算当量软化点 通过在 、针入度值取对数后回归得到针入度回归系数 和 可以直接通过以下公式求得 .()或 ()沈金安等认为公式()计算当量软化点 能避免 针入度测定不精确带来的误差故本文采用公式()计算当量软化点 试验测定/车辙因子 分级标准中沥青的高温稳定性是通过动态剪切流变仪()测得沥青的复数剪切劲度模量 和相位角 来综合评价 定义为沥青最大应力与最大应变之比用于体现沥青胶结料抵抗变形的能力 定义为弹性成分与粘性成分之比越大说明粘性性能比例越高越不利于其抗高温变形能力/抗变形车辙因子用于衡量沥青胶结料在高温条件下抗变形能力/越大沥青流动变形越小抵抗变形能力越强沥青胶结料的老化主要分为短期老化和长期老化 短期老化是指沥青胶结料与集料等搅拌前后的老化称为热老化与温度相关长期老化是主要是指沥青在水、紫外线、温度和荷载多重耦合作用下与空气中的氧发生化学反应称为氧化老化 研究认为沥青路面高温变形主要是因为沥青胶结料的“热老化”为使试验项目和数据能实际指导工程实践动态剪切流变仪()测定不仅要测原样沥青的复数剪切劲度模量 和相位角 还需测短期老化 后()的沥青本次试验对于四种沥青试样的测试温度从 开始每间隔 提升一个温度等级剪切速率 /沥青的车辙因子/要求大于.短期老化后沥青的抗变形车辙因子/要求大于.当沥青/.(短期老化沥青/.)时沥青试验所处的温度就是失效温度 结合普通沥青和旋转薄膜老化后的沥青的动态剪切试验结果可以得出沥青胶结料 分级标准的高温等级表 四种沥青 和/指标沥青类型温度/()失效温度/.().().表 四种沥青短期老化后、和/指标沥青类型温度/()失效温度/.().().如表 所示在同一温度条件下基质沥青的复数剪切劲度模量 小于 改性沥青而相位总第 期黑龙江交通科技第 期角 大于改性沥青基质沥青抗变形车辙因子小于 改性沥青抗变形车辙因子这说明相同温度下 改性沥青比原基质沥青高温性能优越 根据 分级标准要求如表 和表 所示 基质沥青和 基质沥青的 高温等级是()和()高温等级是 添加改性剂后提高了沥青抵抗高温变形的能力 相同试验温度下短期化前比老化后小而短期老化前 比老化后大与车辙因子/老化前后变化规律统一 试验结果分析.分析方法 分级试验设备费用较大且试验方法相对于针入度分级复杂目前只有各大科研院校和机构购买整套设备无法在项目工地试验室甚至是母体试验室普及所以在项目工程实际中应用不多但是因其是建立在沥青结合料高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性和耐久性(抗老化性)等各项路用性能基础上提出的指标依据工程项目所在的环境温度和交通量等情况选择沥青等级国内越大越多研究者都关注着如何建立起两大标准两胶结料评价指标建的联系 为研究沥青高温变形评价指标本文通过灰色关联法分析两大标准中关于高温稳抗变形指标间的联系灰色关联法源于邓聚龙提出的灰色关联理论 是通过已知因素(针入度分级标准中相关指标)研究与目标因素(/)最相关的因素考虑到针入度分级标准中与沥青高温性能相关性比较大的是软化点、动力粘度和 运动粘度、等因 动力粘度和 运动粘度数据是其它指标一半在同一情况下进行灰色关联法分析会造成关联度虚高或虚低的情况所以此次不关联粘度指标 出于整体考虑 针入度、残留针入度比也作为比较数列()以/为目标数列()分析我国针入度分级标准与 分级标准中沥青高温指标的相关性.结果分析通过灰色关联法无量纲均值计算我国针入度分级标准与 分级标准中沥青高温抗变形指标的相关性如表 所示表 四种沥青各指标高温性能关联度分析沥青状态 针入度针入度指数 软化点残留针入度比原样.老化 .沥青短期老化 前 (改性沥青是)/与 针入度、针入度指数、软化点、当量软化点 和残留针入度比分别是.()、.()、.()、.()和.()即与目标因素关联度从大到小的排列是:当量软化点 针入度指数 软化点 残留针入度比 针入度沥青短期老化 后(改性沥青是)/与 针入度、针入度指数、软化点、当量软化点 和残留针入度比分别是.()、.()、.()、.()和.()即与目标因素关联度从大到小的排列是:当量软化点 针入度指数 针入度 残留针入度比 软化点软化点和 针入度前后顺序相反造成这种情况的原因一方面是基质沥青和 改性沥青短期老化 前后软化点变化规律成相反关系另一方面是因为短期老化 前后针入度变化程度基质沥青要大于 改性沥青造成软化点和 针入度两个比较因素数据“中和”为消除数据“中和”影响将基质沥青和 改性沥青分开考虑通过数据整理分析能得出与目标因素最相关的仍是当量软化点 和针入度指数 结 论当量软化点 和针入度指数 相关性非常好都是由三个不同温度针入度计算得出且当量软化点 与目标因素/关联程度要大于针入度指数 得出针入度分级标准中当量软化点指标与 分级标准中高温性能指标抗变形车辙因子/关联程度最高通过 试验可知改性沥青高温性能要优于原基质沥青 改性沥青短期 老化 后()老化前软化点低于老化后软化点而()老化前软化点高于老化后软化点变化规律复杂这是受改性剂与基质沥青相互作用的原因或者是不同改性剂的影响参考文献:交通部公路科学研究所.公路工程沥青及沥青混合料试验规程:.北京:人民交通出版社.交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范:.北京:人民交通出版社.原健安周吉萍李玉珍.与沥青相互作用性质分析.中国公路学报():.张争其崔文社马良等.改性沥青软化点试验特性.长安大学学报(自然科学版)():.孙培韩森高榕等.基于评价 改性沥青高温性能的修正软化点方法.铁道科学与工程学报():.沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.北京:人民交通出版社.曹文义.基于 动态剪切流变仪的 改性生物沥青高温性能研究.内蒙古公路与运输():.邓聚龙.灰色系统基本方法.武汉:华中理工大学出版社.银花李凯.沥青零剪切黏度与高温流变参数灰色关联分析.建筑材料学报():.于晓贺邱怀中罗蓉等.基于修正灰色预测模型的沥青路面使用性能预测.武汉理工大学学报(交通科学与工程版)():.