布敦巖瀝青改性瀝青性能研究范文

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《湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報》2014年第二期

1BRA改性瀝青黏度性能

黏性是瀝青在荷載作用下抵抗流動變形的能力，其大小通常用黏度來表示．瀝青的黏度反映了路面在高溫條件下的使用情況，瀝青黏度越大，其在荷載作用下產(chǎn)生的剪切變形越小．另外，瀝青的黏度能夠表征結(jié)合料的和易性，在工程中為控制改性瀝青的施工性能，確保其具有充分的液體狀態(tài)，利于泵送，Su－perpave瀝青結(jié)合料規(guī)范［6］要求改性瀝青135℃黏度不得超過3Pa•s．試驗結(jié)果見圖1．由圖1可知，在同一溫度下，BRA改性瀝青的黏度隨巖瀝青摻量的增加而增大，在摻量為20％～40％時增量明顯．以135℃黏度為例分析，BRA摻量為20％、30％、40％的改性瀝青，分別比基質(zhì)瀝青的黏度提高了43．0％、68．5％、116．9％．表明BRA改性瀝青高溫下抵抗流動變形的能力增強，在相同的荷載作用下產(chǎn)生的剪切變形小．由圖1還可以看出，BRA改性瀝青135℃的黏度均小于3Pa•s，滿足我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范和Superpave瀝青結(jié)合料規(guī)范的要求，說明BRA改性瀝青具有良好的工程性能，有利于提高瀝青混合料的路用性能．

2BRA改性瀝青剪切流變性能

動態(tài)剪切流試驗用來確定瀝青結(jié)合料高溫和中等溫度下的黏性和彈性特性，主要測量瀝青結(jié)合料的復(fù)數(shù)剪切模量G＊和相位角δ，并采用車轍因子G＊／sinδ作為瀝青材料抗永久變形的評價指標(biāo)，用疲勞因子G＊•sinδ作為瀝青材料抗疲勞開裂性能評價指標(biāo)。試驗，試驗結(jié)果見圖2、圖3和表3．由圖2、圖3和表3可知，同一溫度下，BRA改性瀝青RTFO老化前后的復(fù)數(shù)模量G＊均隨著BRA摻量的增加而增大，相位角δ隨著BRA摻量的增加而減小，因此抗車轍因子G＊／sinδ隨著BRA摻量的增加而增大，說明BRA可以改善基質(zhì)瀝青高溫性能；從相位角也能得出相同的結(jié)論，相位角的減小意味著改性瀝青的彈性分量比例增加，即在承受相同的路面荷載的情況下，其變形可恢復(fù)的性能增加，高溫抗車轍性增強．復(fù)數(shù)模量G＊由彈性模量和損失模量兩部分組成，是對瀝青材料固有性質(zhì)的定量描述，直接反映材料的力學(xué)性能．本文采用lglgG＊－lgT回歸得到的GTS來評價BRA改性瀝青的感溫性能，并按照公式（1）計算，計算結(jié)果如表4所示． 式中：G＊為復(fù)數(shù)模量，Pa；T為試驗溫度，K（以絕對溫度表示）；C為常數(shù)；GTS為復(fù)數(shù)模量指數(shù)，表示瀝青在高溫及中溫的感溫性．由表4可知，lgT與lglgG＊有較好的相關(guān)關(guān)系，GTS直接反映材料力學(xué)性能隨溫度的變化．BRA改性瀝青的｜GTS｜值隨巖瀝青摻量的增加而減小，說明BRA改性瀝青復(fù)數(shù)模量G＊受溫度影響變化的趨勢減小．表明BRA改性瀝青感溫性能隨BRA摻量的增加而降低．Superpave瀝青規(guī)范中對原狀瀝青、RTFO老化瀝青及PAV老化瀝青的連續(xù)分級溫度標(biāo)準(zhǔn)要求不同．按照ASTMD7643－10［8］規(guī)范的要求，本文取原狀瀝青。由表5可知，原狀瀝青、RTFO瀝青的連續(xù)分級溫度均隨著BRA摻量的增加而升高，BRA改性瀝青的PG高溫分級溫度由68．1℃升高到82．7℃，說明BRA改性瀝青PG高溫分級隨著巖瀝青摻量的增加而提高．表明摻入BRA之后，改性瀝青的高溫性能得到較大的改善．從表5中還可以看出，中間溫度均隨BRA摻量的增加而升高，且各溫度下抗疲勞因子均滿足規(guī)范的要求，即G＊•sinδ≤5000kPa．

3BRA改性瀝青低溫性能

彎曲梁流變儀試驗用來確定低溫路面瀝青結(jié)合料的低溫開裂性質(zhì)，主要測量兩個參數(shù)即蠕變勁度S（t）和勁度變化速率m．其中，勁度S（t）表征瀝青路面由于溫縮形成的溫度應(yīng)力，勁度變化速率m表征瀝青結(jié)合料應(yīng)力松弛速率．本文采用美國生產(chǎn)的BBR彎曲流變儀，試驗樣品采用經(jīng)過RTFO和PAV老化以后的瀝青殘渣，試驗結(jié)果見表6和圖4、圖5．對于PG低溫分級溫度，本文按照ASTMD7643－10［8］規(guī)范的要求，取蠕變勁度S（60）＝300，m＝0．300時對應(yīng)的分級溫度進(jìn)行分析，且S（60）對應(yīng)的連續(xù)分級溫度根據(jù)公式（2）進(jìn)行對數(shù)插值，m對應(yīng)的連續(xù)分級溫度根據(jù)公式（3）進(jìn)行線性插值計算，最終取兩個連續(xù)分級溫度中的較高者作為PG低溫分級溫度．由圖4和圖5可知，BRA改性瀝青的勁度模量S均比基質(zhì)瀝青高，并且隨著BRA摻量的增加呈現(xiàn)增大的趨勢，反映了BRA改性瀝青低溫脆化的過程；BRA改性瀝青的勁度變化率m，隨著BRA摻量的增加呈減小的趨勢，這表明BRA改性瀝青的應(yīng)力松弛能力下降，當(dāng)溫度急劇下降時容易出現(xiàn)溫縮開裂．由表6可知，BRA改性瀝青PG低溫分級溫度由－23．7℃升高到－16．0℃，說明改性瀝青PG低溫分級［9］隨BRA摻量的增加而降低，BRA改性瀝青低溫抗開裂性能下降．這些評價指標(biāo)說明BRA對基質(zhì)瀝青的低溫性能產(chǎn)生不利影響，對此可有三種解釋［10～13］：一是BRA的低延展性能，遺傳給整個BRA改性瀝青體系，導(dǎo)致改性瀝青低溫延展性下降；二是BRA中含有大量的礦物質(zhì)；三是現(xiàn)有的試驗方法并不適合評價BRA的改性效果，如低溫勁度模量試驗條件性限制了對瀝青材料本質(zhì)的探討．但大量的工程實例和室內(nèi)試驗證明［11，12］，摻入適量的BRA改性瀝青混合料的低溫抗開裂性能指標(biāo)并沒有明顯的降低．因此有必要從瀝青混合料及路面整體結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，間接地評價BRA對改性瀝青低溫性能的影響．目前，這些內(nèi)容在巖瀝青的改性方面還需要進(jìn)一步的工作和研究．由表5和表6可以看出，BRA改性瀝青的連續(xù)分級溫度和BRA摻量有密切的關(guān)系，本文采用HT與LT的差值，即溫差HT－LT的值來評價BRA改性瀝青的可使用溫度范圍與巖瀝青摻量的關(guān)系，其中HT（HighTempera－ture）、LT（LowTemperature）分別為BRA改性瀝青的PG高溫分級溫度和PG低溫分級溫度．分析結(jié)果如圖6所示．由圖6可知，HT－LT和BRA摻量具有較好的正相關(guān)關(guān)系，說明BRA改性瀝青的可使用溫度范圍隨巖瀝青摻量的增加呈增大趨勢．表明與基質(zhì)瀝青相比，BRA改性瀝青更適合在溫差變化比較大的地區(qū)使用．

4結(jié)論

通過瀝青旋轉(zhuǎn)黏度試驗、動態(tài)剪切流變試驗及彎曲蠕變試驗，評價了不同摻量的BRA改性瀝青的溫度敏感性、高溫性能和低溫性能．主要評價指標(biāo)為黏度、復(fù)數(shù)模量指數(shù)、復(fù)數(shù)剪切模量、相位角、蠕變勁度及勁度變化速率等．試驗結(jié)果與分析顯示：（1）隨著BRA摻量的增加，改性瀝青的黏度值增大，135℃的黏度均小于3Pa•s，符合我國現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范和Superpave瀝青結(jié)合料規(guī)范的要求，施工性能良好．（2）通過比較復(fù)數(shù)模量回歸得到的復(fù)數(shù)模量指數(shù)GTS值，說明摻加BRA后，改性瀝青的溫度敏感性降低．（3）各項指標(biāo)均表明，BRA摻量對瀝青結(jié)合料的高溫性能影響顯著，改性瀝青高溫性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青．（4）BRA改性瀝青的可使用溫度范圍較基質(zhì)瀝青擴大，其在溫差變化大的地區(qū)更適用．另外，BRA改性瀝青的中間連續(xù)分級溫度升高且均滿足PG中間溫度的要求．（5）低溫彎曲試驗采用的評價指標(biāo)表明，BRA對瀝青結(jié)合料的低溫性能產(chǎn)生消極影響．但這一點，還需要從瀝青混合料、路面整體結(jié)構(gòu)方面對BRA改性瀝青低溫性能進(jìn)行綜合評價．

作者：曾夢瀾朱桃胡圣魁楠丁單位：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院