林運(yùn)達(dá)，邵鵬坤，石希信

(1.廣西田新高速公路有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

排水瀝青路面以其良好的排水和降噪性能為海綿城市建設(shè)所青睞，在世界各國(guó)得到推廣。一般而言，道路工程采用開級(jí)配磨耗層(OGFC)作為排水路面的上面層。OGFC于20世紀(jì)60年代發(fā)軔于德國(guó)，在歐洲得到推廣，最終在全世界成為排水路面的主流路面結(jié)構(gòu)形式[1]。西班牙在1980—1990年間鋪筑了300萬(wàn)m2OGFC路面，荷蘭每年鋪筑OGFC路面多達(dá)250萬(wàn)m2，比利時(shí)OGFC路面總面積超過(guò)200萬(wàn)m2，法國(guó)的OGFC路面每年增加約4.1萬(wàn)m2[2-5]。

我國(guó)對(duì)OGFC路面的研究雖取得了一定的成果，但大多參考國(guó)外已有的經(jīng)驗(yàn)，且作為OGFC混合料的關(guān)鍵材料——高黏改性瀝青的進(jìn)口依賴性較強(qiáng)。OGFC混合料為骨架空隙結(jié)構(gòu)，相較于密實(shí)型瀝青混合料更容易受到水損害，其水穩(wěn)定性和高溫性能依賴瀝青結(jié)合料的黏度[6]。因此，采用具有高黏度的瀝青結(jié)合料是OGFC路面成功應(yīng)用的關(guān)鍵所在。國(guó)內(nèi)對(duì)高黏瀝青的60 ℃黏度研究較多，所研究的高黏瀝青的黏度大多都能滿足2×106Pa·s的要求[7-8]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)也有很多文獻(xiàn)對(duì)高黏瀝青膠漿的流變性能進(jìn)行研究，取得了一系列的研究成果[9-10]。

本文通過(guò)對(duì)比分析國(guó)產(chǎn)高黏瀝青與國(guó)外優(yōu)秀高黏瀝青——TPS高黏瀝青的高溫流變特性差異，尋找替代進(jìn)口高黏瀝青的可能性，為我國(guó)排水路面的建設(shè)提供參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)瀝青采用中海70#石油瀝青，高黏改性劑有兩種：國(guó)產(chǎn)高黏劑生產(chǎn)廠家為重慶交科，國(guó)外高黏劑為日本的TPS高黏改性劑。高黏劑摻量設(shè)置為瀝青質(zhì)量的4%、8%、12%(外摻)。高黏瀝青制作方法為：加熱基質(zhì)瀝青，溫度穩(wěn)定在150 ℃左右，在該溫度下保溫30 min，摻入高黏改性劑，利用高速剪切機(jī)高速剪切30 min，然后在150 ℃烘箱用錫紙蓋住發(fā)育10 min?；|(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 70#瀝青檢測(cè)結(jié)果表

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)測(cè)試原理為：對(duì)瀝青施加正弦剪切應(yīng)力或應(yīng)變，儀器記錄其應(yīng)變或應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)獲得復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ，并以復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ兩個(gè)參數(shù)計(jì)算車轍因子G*/sinδ。本文試驗(yàn)采用應(yīng)變控制模式，原樣瀝青應(yīng)變水平為12%，RTFOT瀝青應(yīng)變水平為10%，試驗(yàn)溫度為64 ℃～82 ℃，間隔6 ℃。

1.2.2 多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(multiple stress creep recovery，MSCR)通過(guò)施加周期性的荷載，測(cè)試瀝青的蠕變恢復(fù)能力，以表征瀝青的高溫性能。荷載有兩個(gè)應(yīng)力水平，分別為0.1 kPa和3.2 kPa，其中0.1 kPa應(yīng)力水平循環(huán)加載20個(gè)周期，3.2 kPa應(yīng)力水平循環(huán)加載10個(gè)周期[11]。多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AASHTO MP19-2010要求進(jìn)行[12]，試樣采用RTFOT后的瀝青。RTFOT根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)要求進(jìn)行[13]。考慮到夏天路面溫度在50 ℃～70 ℃，因此溫度設(shè)置為64 ℃～76 ℃，間隔6 ℃。

多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)以0.1 kPa、3.2 kPa水平下的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃吭u(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料的高溫性能，以應(yīng)力敏感性指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料的應(yīng)力敏感性。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法見AASHTO MP19-2010規(guī)范。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高溫PG分級(jí)

在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪制兩種高黏瀝青車轍因子與溫度關(guān)系圖，相位角采用常規(guī)坐標(biāo)圖繪制，試驗(yàn)結(jié)果見圖1～8。由圖1～8可知，高黏瀝青車轍因子在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上與溫度呈顯著線性關(guān)系，斜率越高，表明溫度敏感性越差，為分析兩種高黏瀝青的溫度敏感性，對(duì)車轍因子與溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合，結(jié)果見下頁(yè)表2、表3。

表3 國(guó)產(chǎn)高黏瀝青車轍因子與溫度擬合結(jié)果表

由圖1～8與表2～3可知：原樣狀態(tài)和老化狀態(tài)下，國(guó)產(chǎn)高黏瀝青與TPS高黏瀝青高溫動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)結(jié)果均有明顯差異，車轍因子與相位角隨溫度增加均呈現(xiàn)出良好的規(guī)律性?？傮w而言，TPS高黏瀝青車轍因子相較國(guó)產(chǎn)高黏瀝青高，但在64 ℃、70 ℃情況下相差較小，TPS高溫性能優(yōu)于國(guó)產(chǎn)高黏瀝青，且TPS高黏瀝青溫度敏感性優(yōu)于國(guó)產(chǎn)高黏瀝青，兩種高黏瀝青的溫度敏感性與摻量均無(wú)明顯相關(guān)性。值得注意的是，TPS高黏瀝青相位角隨摻量變化并非線性變化，4%摻量與8%摻量相差較小，而12%的摻量與4%摻量、8%摻量相比區(qū)分度明顯，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因與TPS高黏瀝青的成分有關(guān)，TPS高黏瀝青以橡膠為主要成分，再配以粘結(jié)性樹脂和增塑劑等，成分較為復(fù)雜。而本文選用的高黏瀝青主要成分為SBS，SBS瀝青相位角隨摻量變化區(qū)分度明顯。

圖1 TPS高黏瀝青原樣狀態(tài)下車轍因子與溫度關(guān)系曲線圖

圖2 國(guó)產(chǎn)高黏瀝青原樣狀態(tài)下車轍因子與溫度關(guān)系曲線圖

圖3 TPS高黏瀝青原樣狀態(tài)下相位角與溫度關(guān)系曲線圖

圖4 國(guó)產(chǎn)高黏瀝青原樣狀態(tài)下相位角與溫度關(guān)系曲線圖

圖5 TPS高黏瀝青老化狀態(tài)下車轍因子與溫度關(guān)系曲線圖

圖6 國(guó)產(chǎn)高黏瀝青老化狀態(tài)下車轍因子與溫度關(guān)系曲線圖

圖7 TPS高黏瀝青老化狀態(tài)下相位角與溫度關(guān)系曲線圖

圖8 國(guó)產(chǎn)高黏瀝青老化狀態(tài)下相位角與溫度關(guān)系曲線圖

表2 TPS高黏瀝青車轍因子與溫度擬合結(jié)果表

2.2 多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)

試驗(yàn)結(jié)果見圖9～10。由圖9～10可知，兩種高黏瀝青在不同摻量下的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃縅nr0.1和Jnr3.2均隨溫度變化且呈相同變化趨勢(shì)，表明溫度對(duì)高黏瀝青高溫性能有較大的損害作用。與此同時(shí)，高黏劑摻量提高對(duì)高黏瀝青高溫性能提升有較大幫助。值得注意的是，當(dāng)溫度較低時(shí)(60 ℃、64 ℃)，兩種高黏瀝青的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃坎钪递^小，而溫度達(dá)到76 ℃時(shí)，兩種高黏瀝青的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃砍霈F(xiàn)明顯差異。路面最高溫度大致在60 ℃～70 ℃，盡管國(guó)產(chǎn)高黏瀝青在76 ℃下的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃苛佑赥PS高黏瀝青，但從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，國(guó)產(chǎn)高黏瀝青替代進(jìn)口高黏瀝青具備很大的可行性。

圖9 不同溫度下兩種高黏瀝青不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃縅nr0.1對(duì)比柱狀圖

圖10 不同溫度下兩種高黏瀝青不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃縅nr3.2對(duì)比柱狀圖

3 結(jié)語(yǔ)

(1)動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)表明TPS高黏瀝青在車轍因子和溫度敏感性兩個(gè)方面均優(yōu)于國(guó)產(chǎn)高黏瀝青，但在64 ℃和70 ℃下差異并不明顯。

(2)TPS高黏瀝青摻量提高與相位角的減小規(guī)律較為復(fù)雜，而國(guó)產(chǎn)高黏瀝青摻量與相位角呈良好線性關(guān)系。

(3)64 ℃和70 ℃下國(guó)產(chǎn)高黏瀝青與TPS高黏瀝青不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃坎町愝^小，但76 ℃下差異較大，表明TPS高黏瀝青能承受更極端的溫度條件。

(4)考慮到路面實(shí)際最高溫度在60 ℃～70 ℃，極端高溫天氣并非常態(tài)，可在高溫環(huán)境并不極端的條件下采用國(guó)產(chǎn)高黏瀝青替代進(jìn)口高黏瀝青。