MSCR试验用于评价沥青高温性能适用性研究

2020-06-26李剑新郝培文李奕佳肖卓李绍辉

石油沥青 2020年3期

李剑新，郝培文，李奕佳，肖卓，李绍辉

（1.中石油燃料油有限责任公司研究院，北京 100195 2.长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室，西安 710065）

在沥青高温性能评价方面，各国评价指标各有优劣。我国现行规范采用软化点指标（TR&B）、当量软化点指标（T800）、60 ℃黏度指标、针入度指数（PI）等；澳大利亚采用弹性黏度；欧洲采用零剪切黏度（ZSV）和低剪切黏度（LSV）等指标表征沥青的高温性能[1，2]；美国在高温指标方面经过了一系列探索，从最初的车辙因子到考虑了损伤效应的重复蠕变恢复（RCR）试验，再进一步改进为多应力重复蠕变恢复试验（MSCR），该试验方法是目前和沥青路面路用性能相关性最紧密、操作较简便、并且被广泛认可的沥青结合料高温评价方法[3，4]。2015年，MSCR 被纳入AASHTO M332 规范，用于确定相应荷载等级情况下的沥青高温PG 分级；林江涛[5]、董强[6]对道路石油沥青、改性沥青等进行MSCR 试验，发现改性沥青不可恢复蠕变柔量差（Jnr-diff）远大于普通沥青；郭咏梅发现AASHTO MP19-10 交通分级能够反映改性沥青不同温度应力下的材料响应。以上研究均采用MSCR 试验测试沥青混合料高温性能，但其并未评价MSCR 试验是否适用于基质沥青高温评价，特别是当沥青标号相同、油源不同时，该测试方法的有效性仍需进一步测试验证。

本文采用不同油源、不同标号和不同老化程度的沥青作为研究对象，选取软化点、布氏黏度及MSCR 试验测试沥青高温性能，评价沥青油源、标号及其老化程度对沥青高温性能指标影响的显著性，以研究MSCR 试验对沥青高温性能评价的准确性及有效性。

1 试验材料与试验方案

1.1 试验材料

选取克拉玛依30 号、50 号、70 号、90号、110 号基质沥青（简写为K30、K50、K70、K90、K110），3 种油源同一标号的90 号基质沥青（克拉玛依沥青90 号，即K90；临河沥青90号，即L90；西太沥青90 号，即X90）。以上沥青基本性能见表1所示。

对上述7 种沥青进行旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）及压力老化（PAV）试验，研究沥青短期老化及长期老化对沥青结合料力学性能的影响。

表1 沥青常规性能指标

1.2 试验方案

采用软化点、布氏黏度和MSCR 试验相关指标进行上述基质沥青的高温性能评价，并检验沥青油源、标号、老化程度对其高温性能指标影响的显著性，以研究MSCR 试验对沥青高温性能评价的有效性。

2 沥青高温性能评价

参照我国现行规范JTG F40—2004（《公路沥青路面施工技术规范》）中道路石油沥青高温技术指标软化点，沥青混合料拌和及压实温度选定布氏黏度及MSCR 试验相关指标，从而评价沥青的高温性能。

2.1 软化点

测试上述7 种基质沥青及其短期老化、长期老化后试样的软化点，分析沥青油源及沥青标号对其软化点的影响，见图1和图2所示。

分析图1、图2可知，低标号沥青软化点较高、高温性能较好；不同油源90 号沥青软化点存在差异，且老化作用使沥青高温性能变好。

分析沥青标号、沥青油源及其老化程度对沥青软化点影响的显著性，结果见表2所示。

图1 同一油源沥青软化点

图2 不同油源90 号沥青软化点

表2 方差显著性分析数据

利用F 检验进行相关因素方差分析，P 值的大小反映各因素对因变量影响情况的显著性与否。P ＞0.05，该因素对因变量无显著影响；P ＜0.01，该因素对因变量有极显著影响；当0.01 ≤P ≤0.05 时，该因素对因变量有显著影响。分析表2可知，沥青标号及其老化程度对沥青软化点影响显著，但油源对软化点无显著影响。

2.2 布氏黏度

测试上述7 种沥青及其短期老化、长期老化后试样的布氏黏度，分析沥青标号和沥青油源对布氏黏度的影响，见图3和图4所示。

分析图3和图4可知，沥青标号越低，布氏黏度越大、高温性能越好；不同油源90 号沥青布氏黏度测试结果差别较大；短期老化及长期老化将提高沥青高温性能。

图3 同一油源布氏黏度

图4 不同油源90 号沥青布氏黏度

分析沥青标号、沥青油源及其老化程度对沥青布氏黏度影响的显著性，见表3所示。

表3 方差显著性分析数据

分析表3可知，沥青油源、沥青标号及其老化程度对沥青布氏黏度均无显著影响；各因素对沥青布氏黏度的影响程度排序为：沥青标号＞沥青老化程度＞沥青油源。

2.3 MSCR 试验

采用动态剪切流变仪（DSR）进行MSCR 试验，试验仪器见图5所示。本研究MSCR 试验选用0.1 kPa、3.2 kPa 两个应力水平，以模拟轻、重交通两种载荷状况；每个应力水平下加载1 s 卸载9 s，重复10 个循环；0.1 kPa 试验载荷完成后即进行3.2 kPa 应力水平测试；采用不可恢复蠕变柔量（Jnr）、恢复率（R）和应力敏感性指标（Jnr-diff）作为MSCR 试验评价指标。已有研究表明，Jnr可以反映沥青在较大应力下的非线性流变响应，且其与沥青混合料的抗车辙性能相关性较好[4]。