沥青性能指标分析及改性沥青等级选择

王丽丽，杨泉华，吕锡坤

（苏州交通工程集团有限公司，江苏 苏州 215000）

沥青性能指标分析及改性沥青等级选择

王丽丽，杨泉华，吕锡坤

（苏州交通工程集团有限公司，江苏 苏州 215000）

沥青是一种黏弹性材料，无论是黏性还是弹性都取决于温度和荷载作用时间。文章根据美国实测公路研究计划提出的沥青结合料性能规范，结合苏州地区路面温度，选择改性沥青的等级并测试了其路用性能。

沥青胶结料；性能指标；改性沥青；性能等级

1 沥青性能指标分析

沥青是一种黏弹性材料，无论是黏性还是弹性都取决于温度和荷载作用时间。高温或长久荷载作用时呈黏性流体，低温或瞬时荷载作用时呈弹性固体，一般温度及荷载作用下呈黏弹性。

沥青主要由高分子碳氢化合物及其非金属衍生物组成，以沥青为胶结料的路用性能受沥青流变性的影响远大于它的化学成分对路用性能的影响，因此我国现行规范规定了针对沥青物理特性的试验，如针入度、软化点、延度等检测项目［1-2］。美国战略公路研究计划提出了沥青结合料性能规范，其特点是各项指标与各项路用性能直接相关。

（1）黏性。在高温条件下，沥青呈黏性，沥青的黏性是指沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力。黏度是描述液体流动阻力的材料特性，用运动黏度、动力黏度、旋转黏度表示沥青的黏性。

（2）感温性。沥青的感温性是指沥青对温度变化的敏感性，沥青材料在高温时会软化，低温时会脆化，用针入度指数表征沥青温度敏感性。

（3）黏附性。沥青黏附性是指沥青与石料之间相互作用所产生的吸附能力，用水煮法、浸水法试验测试沥青与集料的黏附性。

（4）耐久性。沥青的耐久性是沥青性质随时间变化的现象，也就是沥青的老化。沥青老化后针入度变小，软化点变大，延度变小。用薄膜烘箱、旋转薄膜烘箱、Superpave规范中压力老化容器测试沥青的老化指标。

（5）安全性。沥青在加热过程中，其挥发的油分与空气混合气体在高温下易发生闪火，闪火时的温度是闪点。为保证施工安全性，需控制沥青材料的加热温度，用闪点表征沥青的安全性。

（6）劲度模量。沥青是一种典型的黏弹性材料，与温度和荷载作用时间有关。用劲度模量表征沥青在某一温度和某一荷载作用时间的应力和应变关系。用动态流变仪（DSR）测定沥青材料的复数模量与相位角，表示沥青的黏弹性质。

2 常用的沥青胶结料

（1）道路石油沥青

道路石油沥青是由地壳中的原油，经开采加工为石油沥青，用于路面铺筑。70#沥青是道路石油沥青中最常用的一种型号,或称为普通沥青。普通沥青的软化点偏小，高温抗变形的能力偏低。

（2）改性沥青

改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉，或者其他外掺剂（改性剂）制成的沥青结合料，性能较普通沥青有所改善。用于沥青改性的聚合物主要有SBS、PE、EVA、SBR，其中SBS已成为主要的改性剂。

3 改性沥青等级的选择

Superpave胶结料试验是模拟胶结料使用寿命期间关键阶段的试验［3］，关键阶段包括以下3个阶段：第1阶段为沥青运输、储存和处理；第2阶段为沥青混合料生产和施工；第3阶段为路面长时间使用后。

对未老化沥青取样做的试验指标反映第1阶段；利用旋转薄膜烘箱对胶结料进行老化模拟第2阶段；用压力老化容器把胶结料放到加热和压力环境中，模拟路面使用中的第3阶段。改性沥青胶结料PG性能检测见表1。

表1 SBS改性沥青PG76-22试验指标

现行规范规定沥青等级宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等经技术认证后确定［4］。Superpave规范规定根据路面服务的气候来选择沥青等级［3］。Superpave规范与现行规范的一个重要区别是对所有的性能等级（PG），物理特性是不变的，而得到所有这些特性的温度却要根据胶结料拟服务路面的气候条件发生变化。

选择沥青等级的温度是路面温度，而不是空气温度。Superpave规范规定高温在路面表层以下20 mm深度，低温在路面表面。

路表面的路面设计低温定义为最低的空气温度，PG低温等级要低于路面设计温度。苏州冬天最低温度一般在0 ℃，2015年最低气温为-8.3 ℃，即路面设计低温为-8.3 ℃。因为PG低温等级的最低温度为-22 ℃，所以PG等级选用-22 ℃有100%可靠度。70#沥青和改性沥青的低温等级都能达到-22 ℃。

室外现场铺筑3层沥青结构层，测试2015年苏州地区夏季高温天沥青路面不同深度处的温度，详见表2。结果显示路表温度最高，而且路面温度随深度的增加而减小。根据公式（1）计算路面设计温度T20mm：

式中：Tair为高温天的平均气温；Lat为项目所在地的地理纬度，苏州的纬度为北纬30°47'～32°02'，本次计算中选用31°。

苏州超过40℃高温的概率很小，因此采用40 ℃作为设计空气温度时可靠度很高。沿用Superpave规范中的公式计算得出的路表以下20 mm的温度比实测值小5 ℃左右，因此对计算值进行修正，加上5 ℃得到最终的路面设计温度，结果见表3。从表3试验结果可知，苏州地区高温等级宜选用PG70。针对苏州地区普通沥青等级PG64-22已不适用，根据今年气温条件推荐苏州地区改性沥青等级选用PG70-22，考虑高等级道路或重交通道路推荐改性沥青选用PG76-22。

表2 沥青路面不同深度温度实测记录（2015年苏州）

沥青路面的病害主要表现为车辙、网裂、坑洞，因此要求沥青路面具有高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性能以及耐疲劳性能。选择改性沥青等级时应考虑沥青路面的使用性能和耐久性能的要求。

表3 路面设计温度计算表

针对SMA-13沥青混合料在矿料、级配不变的情况下，分别选用PG76-22、PG70-22等级的改性沥青进行沥青混合料性能验证试验，结果见表4。结果显示PG76-22比PG70-22的高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害性能更优，考虑交通量和行驶速度对沥青路面的影响，苏州地区重交通的高等级路面，建议改性沥青选用PG76-22。

表4 SMA-13沥青混合料性能验证试验结果

4 结论

（1）美国战略公路研究计划提出的沥青结合料性能规范，其各项指标与路用性能直接相关，建议采用此性能规范，并结合我国现行规范对沥青指标的要求，以更全面地掌控沥青材料的质量。

（2）改性沥青等级的选择，可根据当地温度沿用Superpave规范中的公式计算，并结合实测路面温度，对计算的温度进行修正，以此为标准选择改性沥青的等级，对于高等级道路或重交通道路，改性沥青可提高一个等级。

［1］JTJ052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］ .

［2］JTG E60—2008 公路路基路面现场测试规程［S］ .

［3］美国沥青协会.高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册［M］.贾渝，曹荣吉，李本京译.北京：人民交通出版社，2002.

［4］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］ .

［5］吕伟民，孙大权.沥青混合料设计手册［M］.北京：人民交通出版社，2007.

表7 调整后上面层AC-13C沥青混合料现场检测数据结果

4 结论

综上所述，结合广西地区沥青路面上面层原材料的实际情况，建议选用设计规范中提出的上面层AC-13C级配设计范围或者采用Superpave设计体系中Sup13的控制点要求进行上面层混合料的设计，将更有利于设计出性能优良的沥青混合料，并产生积极的经济效益。

参考文献

［1］高英，曹荣吉.沥青混合料级配类型选择分析［J］.公路2002（1）：84-87.

［2］易文，唐成阳，谢东，等.AC-13改进型沥青混合料配合比设计与性能研究［J］.中外公路，2015，35（3）：277-281.

［3］程英伟，晏华冰.上面层沥青混合料路用性能比较［J］.交通科技与经济，2006（1）：7-9.

［4］美国沥青协会.高性能沥青路面（Superpave）基础参考手册［M］.贾渝，曹荣吉，李本京译.北京：人民交通出版社，2002.

［5］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.

［6］JTG D50—2006公路沥青路面设计规范［S］.

（收稿日期：2015-12-22）

Analysis of Asphalt Performance Indicators and Selection of Modified Asphalt Grade

Wang Lili, Yang Quanhua, Lü Xikun
（Suzhou Traffic Engineering Group Co. Ltd., Suzhou 215000, China）

Asphalt is a kind of viscoelastic material, both viscous and elastic depends on temperature and loading time. Based on the performance specification of asphalt binder strategic highway research program, this paper introduces the selection of modified asphalt grade according to the road surface temperature in Suzhou area, and tests the road performance.

asphalt binder; performance indicators; modified asphalt; performance grade

U414

A

1672-9889（2016）05-0016-03

2015-12-05）

王丽丽（1976-），女，江苏苏州人，高级工程师，主要从事沥青混合料试验和检测工作。