不同粉胶比下的沥青胶浆高低温性能研究

张 琰

(湘潭市交通建设质量监督站，湖南 湘潭 411104)

沥青路面是我国高速公路、高等级国省干线公路和城市道路中常见的路面类型，其主要优点在于路面连续平整、行车舒适、噪音小以及便于翻修和养护等。沥青路面能使用多久、沥青路面服务水平的好坏受路面结构与交通轴载的影响，更取决于筑路沥青混合料的质量。因此，如何改良沥青混合料材料的路用性能成为了研究热点。沥青混合料指的是以沥青为胶体将粗、细集料和填料按一定比例胶结而成的多元多级空间结构的胶凝混合物［1］。但长期以来人们着重于研究如何通过改善沥青的性能来改善沥青混合料的技术性能，而对沥青混合料中的填料在沥青混合料使用性能所能起到的改良作用鲜有研究［2～4］。

在沥青混合料结构中，填料是通过与沥青相互作用形成沥青胶浆，进而丰富了沥青混合料微观级配。一般情况下，矿粉与沥青接触的比表面积越大，沥青胶浆粘结力就更大，该组分对沥青混合料整体结构强度的提升就更显著［5，6］。目前，石灰岩矿粉是我国使用最多应用最广泛的填料，对其与沥青形成的沥青胶浆性能进行研究具有重要的意义，本文选取广西地区的石灰岩作样本，研究不同粉胶比下石灰岩矿粉与70#基质沥青和SBS 改性沥青的沥青胶浆路用性能变化。

1 试验材料

1.1 沥青

本文选取了公路建设中常用的两种沥青:70#基质沥青和SBS 改性沥青。所选沥青样本基本性能指标如表1、表2所示。

表1 70#基质沥青样品的性能指标

表2 SBS改性沥青样品的性能指标

1.2 矿粉

本文选用的矿粉样本原材料为柳州施工现场选取的石灰岩矿粉，矿粉的常规指标均符合规范的技术要求，如表3所示。

表3 石灰岩矿粉样本的检验指标

2 不同粉胶比下沥青胶浆常规试验结果及分析

结合专家学者做过的一些研究，本文选取纯沥青和沥青胶浆粉胶比为 0.3、0.6、0.9、1.2 制作 5 组试件［6，7］，由于延度试验并不适合沥青胶浆，对 70#基质沥青和SBS 改性沥青分别只进行常规的针入度和软化点试验，结果如下。

2.1 针入度试验结果及分析

从图1可知:

1)同种沥青的纯沥青和沥青胶浆相互比较，可见纯沥青的针入度较沥青胶浆的针入度大。如25℃时，70#基质沥青的针入度可达到68，而粉胶比大于0 时，针入度均小于68。这可能是由于矿粉的掺入对沥青起到了一定的硬化作用。

2)基质沥青和改性沥青的沥青胶浆针入度结果显示，沥青种类不同但针入度均随粉胶比的增加呈现出先减后增的规律。这表明，存在一个最佳粉胶比，此时的沥青和填充料产生的相互作用最强、矿粉对沥青的硬化效果最好。根据上述结果可推测针入度最佳粉胶比在0.6～0.9 之间。

图1 不同沥青不同粉胶比下的沥青胶浆针入度

2.2 软化点试验结果及分析

同针入度试验所述，选取纯沥青和沥青胶浆粉胶比为 0.3、0.6、0.9、1.2 制作 5 组试件，进行沥青胶浆软化点试验［6，7］，结果如下。

从图2可以看出:

1)不同沥青种类，粉胶比大于0 时沥青胶浆的软化点较其对应的纯沥青软化点均有所提高，可见矿粉与沥青形成的沥青胶浆的粘度较纯沥青着实有所增大，相比纯沥青这单质而言二元多质混合物的软化点更高。这一结果体现的机理与针入度试验结果基本一致。

2)从两种沥青的软化点～粉胶比曲线可以看出，软化点随粉胶比增大而递增的这一趋势与沥青种类无关，SBS 沥青胶浆软化点比70#基质沥青胶浆高 20～30 ℃。

图2 不同沥青不同粉胶比下的沥青胶浆软化点

由针入度和软化点试验结果可知，矿粉的掺入使得沥青的性能整体上有所提高。但仅靠沥青的常规试验来评判沥青胶浆整体性能是不够有说服力的，所以还需结合其他性能试验对沥青胶浆的路用性能随粉胶比的变化情况进行深入探究。

3 沥青胶浆高低温性能试验

3.1 不同粉胶比下动态剪切流变试验及结果分析

沥青胶浆与纯沥青相比，其内部结构从单质变成了多质，本体结构产生了巨大变化，因此，其高低温性能较纯沥青究竟是优是劣有待考究。本文参考一些专家和学者此前提出的思路，采用动态剪切流变试验［7］来研究沥青胶浆的高温性能［1～4］，以此分析粉胶比对沥青胶浆高温性能产生的影响。

本研究中DSR 试验采用应变控制模式，应变值γ=12%，试验频率 ω =10 rad/s，约等于1.59 Hz。试验温度采用64 ℃，试样直径为25 mm，厚度为1 mm，试验方法为 AASHTO 标准 TPS［7］。取得的主要参数包括:复数剪切模量G*，反映材料能承受的重复剪切总阻力。相位角δ，δ 越小，材料弹性越好，塑性越差，δ 越大则反之;SHRP 规范定义的车辙因子G*/sinδ，车辙因子越大，抗车辙能力越强。在相同的G*时，δ 越小则表示材料的弹性分量大粘性分量小，即材料的抗车辙能力越强［7］。

各试样试验结果见表4。

由表4可知:

1)对纯沥青与沥青胶浆抗车辙因子G*/sinδ结果进行比较分析可得，沥青胶浆G*/sinδ 远远大于纯沥青G*/sinδ，可见沥青胶浆较纯沥青硬化效果明显，抗车辙能力得到显著提高，这种现象与沥青类型无关;G*/sinδ 随着粉胶比的增加而增大，G*/sinδ 的增幅也随粉胶比增加而变大。

表4 动态剪切流变试验结果

2)对70#基质沥青而言，矿粉掺量的增加不改变70#基质沥青胶浆的相位角，这说明70#基质沥青胶浆结构中弹性部分与粘性部分分别所占的比例不因矿粉的掺入而改变。

3)对于SBS 改性沥青而言，矿粉掺量的增加使得SBS 改性沥青胶浆的相位角逐渐减小，这说明SBS 改性沥青胶浆结构中粘性组分占得比例随矿粉的掺入而逐渐变小，弹性组分逐渐增多。

3.2 不同粉胶比下沥青胶浆低温弯曲试验

参考此前一些专家和学者的研究，本文采用弯曲梁流变仪(BBR)来测试沥青胶浆的低温性能，试验获取的主要参数包括:蠕变斜率(m)和蠕变劲度(S)［5，6］。其中，蠕变斜率越大，沥青胶浆受载缓冲抗变形能力就越强，其具有的抗低温性能就更好;蠕变劲度越大，则沥青胶浆脆性越大，其抗低温变形能力就越差。选取试验温度为－12 ℃ ，该条件下试验结果如图3、图4所示。

由图3和图4可以看出，

1)对70#基质沥青和SBS 改性沥青而言，沥青胶浆劲度模量较纯沥青大，蠕变斜率较纯沥青小。由此可见，沥青胶浆的低温性能都要比同类的纯沥青差，这是由于矿粉的掺入增大了材料的脆性降低了材料的弹性，低温抗裂性能降低。

2)沥青胶浆的抗裂性能随着粉胶比的增加呈降低趋势，并且降低幅度有递增的趋势。

图3 不同粉胶比下不同类型沥青胶浆的劲度模量

图4 不同类型不同粉胶比下沥青胶浆的蠕变斜率

4 结语

1)石灰岩矿粉沥青胶浆常规试验结果显示沥青胶浆的各项性能较纯沥青均有较大的提升。此外，沥青胶浆的软化点随粉胶比增大而不断升高;沥青胶浆针入度随粉胶比的增大而减小，针入度最佳粉胶比在 0.6～0.9 之间。

2)从DSR 试验结果可以看出，不论何种沥青，沥青胶浆的高温性能均优于相应纯沥青的高温性能;从BBR 试验结果可知，沥青胶浆的低温抗裂性能较纯沥青有所降低，粉胶比越大低温抗裂性能越差。

从本文试验结果上看，不同粉胶比下石灰岩矿粉沥青胶浆的性能较纯沥青的性能有所变化。总体上看，矿粉的掺入对沥青的高温性能有所提高，对沥青的低温性能有所降低。因此在工程中，需要根据实际需要决定矿粉的掺量，如常年高温地区可考虑通过加大粉胶比以提高沥青混合料的高温性能，对低温地区以及温差较大的地区则需慎重选择合适的粉胶比。本文试验结果对不同地区的沥青混合料粉胶比的确定起一定参考作用，但本文仅研究了矿粉与沥青这一两元混合物性能，存在一定的局限性，粉胶比对沥青混合料整体的性能影响还有待进一步研究。

［1］刘 丽.沥青胶浆技术性能及评价方法研究［D］.西安:长安大学，2004.

［2］李秀君.基于粘弹性理论的沥青胶浆试验特性研究［D］.长沙:长沙理工大学，2008.

［3］彭 波，丁智勇，戴经梁.不同类型沥青胶浆路用性能对比［J］.交通运输工程学报，2007，7(3):65 －69.

［4］李科成，杨玉民.水泥乳化沥青胶浆及混合料性能研究［J］.公路工程，2015(2):318 －321.

［5］张争齐，王永财.沥青胶浆对沥青混合料高低温性能的影响［J］.长安大学学报(自然科学版)，2006(2):5 －9.

［6］俞红光，熊 锐，陈建荣，等.玄武岩纤维沥青胶浆路用性能研究［J］.公路，2013(10):184 －188.

［7］谢 博，杨 涛，关宏信，等.凝灰岩矿粉与石灰岩矿粉沥青胶浆性能对比［J］.交通科学与工程，2015，31(2):10 －14.