沥青材料的黏聚力研究

2019-07-23谭由容

建材发展导向 2019年7期

谭由容

（重庆交通大学，重庆 400074）

对于常规路面，水损坏是目前普遍存在的问题，已经严重影响到路面的使用性能。一般认为沥青面层的水损害是由沥青与集料的粘附力的损失和沥青粘聚力的损失造成的[1-2]。排水沥青路面作为当下最常见的环保型路面，要求沥青材料由足够的黏聚力来对抗水损害作用。

目前对沥青粘聚力的评价方法主要有测力延度法、拉伸法以及原子力显微镜法等。陈平，黄晓明，李丹[3]提出了基质沥青和改性沥青的测力延度评价指标。周燕等[4]对不同改性沥青进行了测力延度试验，验证了拉伸柔度评价改性沥青低温性能的合理性。马晓燕等[5]应用DSR 直接拉伸试验研究了不同沥青的高温粘聚性；王端宜，王鹏[6]采用改装的拉拔试验方法，以拉拔力损失率和剥落率对沥青的黏聚力进行评价。Taha A.Ahmed 等[7]介绍了一种新型粘结强度试验装置（ABS）试验方法的可行性。

1 沥青性能指标

本研究采用的沥青材料为埃索70#基质沥青，SBS 改性沥青，一种工程用高黏改性沥青（简称高黏沥青）和实验室自制高黏度改性沥青（简称自制沥青），四种沥青的常规性能指标均符合规范要求。

2 粘结力冲击摆试验

采用粘结力冲击摆对沥青的粘结力进行测试。本实验运用动能原理，根据已测得峰值角度，计算得到沥青的黏聚力。其计算公式如下：

式中，C 为沥青材料的黏聚力；E 为摆锤的角度为摆锤的第一峰值角度时摆锤的能量；E′为摆锤的角度为摆锤的第二峰值角度α′时摆锤的能量；S 为沥青材料的涂抹面积；M 为摆锤的质量；g 为重力加速度；r 为摆锤重心半径；

根据公式1，计算得到不同沥青材料在不同温度下的黏聚力，结果如表1 所示。

不管是老化前或老化后，粘聚力均是随着温度的升高而增加。用此粘结力测试冲击摆测得的黏聚力C 可以一定程度上体现出沥青的黏聚力，更多的还是反应了沥青在不同温度下的抗剪切能力。总体来看，与基质沥青相比，改性沥青的黏聚力明显增加，且自制沥青的黏聚力在老化前后都表现较为平稳，这是由于在自制沥青中的热塑性弹性体TPE 材料低温柔性好，为改性沥青提供了低温时更好的抵抗变形的能力。

3 测力延度试验

测力延度试验（FDT）是将沥青置于恒温水中用恒定速度拉伸以测量产生的力，并由此得出材料的内聚力[8]。由于温度对沥青延度的影响较大，因此要求温度控制系统尽量精确。本文采用和延度试验相同的八字模，试件的制作成型与普通延度试验相同，在5℃恒温水并以5cm/min 的拉伸速度进行试验，试验结束自动采集相关信息，包括荷载、延度数据等。

3.1 试验指标

常用的FDT 指标有：峰值力、拉伸柔度、屈服应变能、沥青当量劲度、改性沥青当量劲度、粘韧性面积、粘弹比等。以下分别论述。

（1）峰值力Fmax：拉伸过程中出现的曲线的峰值力。

（2）拉伸柔度f：指峰值力Fmax与其对应的延度DFmax之

比值；

（3）屈服应变能E：即拉伸沥青试样所做的功，指峰值力Fmax与其对应的延度DFmax之积；

（4）基质沥青当劲度Sa：2～8mm 延度内力、延度数据线性回归（R2>0.9）后的直线斜率。

（5）改性沥青当量劲度Sm 对应于下降段B C 的斜率，计算方法同Sa，

（6）粘弹比RV/E：计算公式

式中，SV-由OABC 曲线、直线段CF、OF 围成的面积；SE- 曲线CD E 与直线段CF、FG、GE 所围面积。

（7）粘韧性面积S：测力延度曲线与X 轴所围成区域的面积( 延度在1. 2m 内的面积) 。

（8）断裂拉力Fend：沥青试样断裂时的拉力值。

3.2 结果分析

通过对力和延度的曲线分析，可以进一步了解改性沥青的力学特性。沥青材料的性能不同，反映在测力延度试验的最大力、延度、功、屈服应变能等都有较大差异。

本文以峰值力表征沥青材料的内聚力，以Fc 表示，Fc=Fmax。Fc 值越大，内聚力越大，沥青粘聚性越好。本文最所制备的改性沥青的测力延度指标进行了对比和计算，其数值见表2。

表2 中拉伸柔度f 大小为：SBS 改性沥青＜高黏沥青＜自制沥青。屈服应变能、粘韧性面积S、Sa 和Sm 的大小均为：SBS 改性沥青＜自制沥青＜高黏沥青，且高黏沥青和自制沥青的这几个指标数值非常接近。S 表示粘韧性面积，同时也代表了拉断功，即沥青从外力拉伸开始到试件断裂，外力对沥青所做的功，拉断功包括沥青变形过程中弹性应变能与塑性应变能，可以全面反映沥青从拉伸开始到断裂前沥青吸收能量的能力。改性沥青粘弹比反映改性沥青在拉伸破坏过程中塑性变形吸收的能量与弹性变形吸收能量的比值，表中SBS改性沥青＞自制沥青＞高黏沥青，高黏沥青和自制沥青的粘弹比也非常接近。