沥青及沥青混合料低温评价指标相关性分析*

2016-11-29王彬许文龙朱龙腾李桂森闫芳阶

公路与汽运 2016年5期

关键词：延度当量低温

王彬，许文龙，朱龙腾，李桂森，闫芳阶

（山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东济南 250100）

沥青及沥青混合料低温评价指标相关性分析*

王彬，许文龙，朱龙腾，李桂森，闫芳阶

（山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东济南 250100）

采用石灰岩石料和AC20级配，通过对90#基质沥青、SBS改性沥青、岩沥青及复合改性沥青等沥青混合料进行低温弯曲试验，分析沥青及沥青混合料低温评价指标的相关性。结果表明，延度与低温弯拉应变的相关性较好，而延度与当量PG低温等级的相关性较差，这与延度的试验方法有关；采用万能试验机得出的低温弯拉应变指标大多不满足规范要求，小梁弯曲低温弯拉应变的试验结果会受到多种因素的影响，工程上单纯用低温弯拉应变指标评价结合料的低温抗裂性能不合适，建议作为推荐性指标。

公路；沥青混合料；石灰岩石料；延度；低温弯拉应变；PG低温等级；低温性能

低温性能是沥青及沥青混合料的基本性能之一，用于评价冬季沥青路面抵抗低温开裂的能力。对于冬季温差较大和冬季漫长的北方地区，开裂已成为最严重的道路病害之一，如何评价并改善沥青混合料的低温性能显得尤为重要。国内外评价沥青及沥青混合料低温性能的指标很多，目前常用针入度、延度、脆点及当量脆点、PG等级等来评价沥青的低温性能，用低温弯曲破坏试验、低温冻断试验和低温劈裂试验等来评价沥青混合料的低温性能。中国公路施工技术规范规定在-10℃、加载速率50mm/min条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变和破坏劲度模量，并根据应力-应变曲线的形状综合评价沥青混合料的低温抗裂性能，其控制指标为沥青混合料小梁弯曲破坏时的梁底最大弯拉应变。以山东省（气候分区属于1-3区）为例，普通沥青混合料的低温弯拉应变应大于2 000με，改性沥青应大于2 500με。一般来说，不同沥青混合料石料差别不大，主要区别在于沥青，沥青的低温性能直接影响混合料的低温性能。因此，有必要开展沥青与混合料低温评价指标的相关性研究。

1 原材料试验

1.1沥青

所用沥青为90#基质沥青、70#基质沥青、岩沥青改性沥青、SBS、SBR改性沥青，其中改性沥青均在70#基质沥青的基础上进行改性而成，SBS改性剂采用YH-791线型，岩沥青灰分低于10%，SBR为粉末状固体添加剂。5种沥青的技术指标见表1，结果表明，基质沥青各指标均符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求，SBS、SBR改性沥青分别符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中Ⅰ-D和Ⅱ-C的要求。

表1　沥青性能检验结果

为了采用BBR试验精确表征沥青的低温性能，引入当量PG低温等级k的概念。例如某沥青在试验温度-12℃时进行BBR试验，试验结果满足S-12＜300 MPa和m-12＞0.3的要求，而在试验温度为-18℃时不满足上述要求，则该沥青的当量PG低温等级k在-12和-18之间。设S与m与试验温度之间呈线性变化关系，则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改性剂

采用岩沥青、SBS和相溶剂进行试验，其中SBS为YH-791线型，相溶剂为糠醛抽出油，岩沥青技术指标见表2。

表2　岩沥青性能试验结果

1.3集料

粗、细集料均为石灰岩石料，其主要技术性能分别见表3和表4，均符合施工规范的要求。

表3　粗集料的主要技术性能

表4　细集料的主要技术性能

2 沥青混合料试验

沥青混合料的低温弯曲试验结果见表5。

表5　沥青混合料低温弯曲试验结果

续表5

3 相关性分析

3.1沥青低温指标相关性分析

针入度、延度、脆点和BBR低温等级都可用于评价沥青的低温性能，对不同指标之间的相关性进行线性回归分析，结果见表6和图1。

表6　沥青低温指标相关性线性回归分析结果

由图1和表6可以看出：当量脆点与BBR之间的相关性最好，脆点与延度之间的相关性次之，而延度与BBR之间的相关性较差。这是因为延度的试验方法在超过150 cm时无法进行，且延度试验采用的是直接拉伸方法，而BBR采用的是间接拉伸方法。间接拉伸方法更符合路面实际受力状况，建议在常规延度试验不能准确评价沥青的低温性能时采用BBR试验进行详细评价。针入度作为最常用的沥青分级指标，既可代表沥青的高温性能，也能表达沥青的低温性能，但针对性不强。相比而言，PG分级标准更为科学。

图1　沥青各低温指标相关性线性回归分析

3.2沥青低温指标与沥青混合料低温弯拉应变相关性分析

在如何对待沥青混合料低温性能上，世界各国有着不同的规定，一般来说，沥青含量越高的混合料越不容易发生低温开裂，故美国、法国等经济发达国家对沥青混合料的低温性能没有作明文规定。中国JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》采用-10℃时小梁弯曲梁底的最大弯拉应变作为评价沥青混合料低温性能的主要指标，例如对于地处1 -3区的山东省，基质沥青混合料破坏应变不应低于2 000με，改性沥青混合料不应低于2 500με。采用一元线性回归分析方法对沥青的几个低温性能评价指标和混合料小梁弯曲破坏应变之间的相关性进行分析，结果见图2和表7。