布敦岩沥青改性沥青性能研究范文

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《湘潭大学自然科学学报》2014年第二期

1BRA改性沥青黏度性能

黏性是沥青在荷载作用下抵抗流动变形的能力，其大小通常用黏度来表示．沥青的黏度反映了路面在高温条件下的使用情况，沥青黏度越大，其在荷载作用下产生的剪切变形越小．另外，沥青的黏度能够表征结合料的和易性，在工程中为控制改性沥青的施工性能，确保其具有充分的液体状态，利于泵送，Su－perpave沥青结合料规范［6］要求改性沥青135℃黏度不得超过3Pa•s．试验结果见图1．由图1可知，在同一温度下，BRA改性沥青的黏度随岩沥青掺量的增加而增大，在掺量为20％～40％时增量明显．以135℃黏度为例分析，BRA掺量为20％、30％、40％的改性沥青，分别比基质沥青的黏度提高了43．0％、68．5％、116．9％．表明BRA改性沥青高温下抵抗流动变形的能力增强，在相同的荷载作用下产生的剪切变形小．由图1还可以看出，BRA改性沥青135℃的黏度均小于3Pa•s，满足我国现行的技术规范和Superpave沥青结合料规范的要求，说明BRA改性沥青具有良好的工程性能，有利于提高沥青混合料的路用性能．

2BRA改性沥青剪切流变性能

动态剪切流试验用来确定沥青结合料高温和中等温度下的黏性和弹性特性，主要测量沥青结合料的复数剪切模量G＊和相位角δ，并采用车辙因子G＊／sinδ作为沥青材料抗永久变形的评价指标，用疲劳因子G＊•sinδ作为沥青材料抗疲劳开裂性能评价指标。试验，试验结果见图2、图3和表3．由图2、图3和表3可知，同一温度下，BRA改性沥青RTFO老化前后的复数模量G＊均随着BRA掺量的增加而增大，相位角δ随着BRA掺量的增加而减小，因此抗车辙因子G＊／sinδ随着BRA掺量的增加而增大，说明BRA可以改善基质沥青高温性能；从相位角也能得出相同的结论，相位角的减小意味着改性沥青的弹性分量比例增加，即在承受相同的路面荷载的情况下，其变形可恢复的性能增加，高温抗车辙性增强．复数模量G＊由弹性模量和损失模量两部分组成，是对沥青材料固有性质的定量描述，直接反映材料的力学性能．本文采用lglgG＊－lgT回归得到的GTS来评价BRA改性沥青的感温性能，并按照公式（1）计算，计算结果如表4所示． 式中：G＊为复数模量，Pa；T为试验温度，K（以绝对温度表示）；C为常数；GTS为复数模量指数，表示沥青在高温及中温的感温性．由表4可知，lgT与lglgG＊有较好的相关关系，GTS直接反映材料力学性能随温度的变化．BRA改性沥青的｜GTS｜值随岩沥青掺量的增加而减小，说明BRA改性沥青复数模量G＊受温度影响变化的趋势减小．表明BRA改性沥青感温性能随BRA掺量的增加而降低．Superpave沥青规范中对原状沥青、RTFO老化沥青及PAV老化沥青的连续分级温度标准要求不同．按照ASTMD7643－10［8］规范的要求，本文取原状沥青。由表5可知，原状沥青、RTFO沥青的连续分级温度均随着BRA掺量的增加而升高，BRA改性沥青的PG高温分级温度由68．1℃升高到82．7℃，说明BRA改性沥青PG高温分级随着岩沥青掺量的增加而提高．表明掺入BRA之后，改性沥青的高温性能得到较大的改善．从表5中还可以看出，中间温度均随BRA掺量的增加而升高，且各温度下抗疲劳因子均满足规范的要求，即G＊•sinδ≤5000kPa．

3BRA改性沥青低温性能

弯曲梁流变仪试验用来确定低温路面沥青结合料的低温开裂性质，主要测量两个参数即蠕变劲度S（t）和劲度变化速率m．其中，劲度S（t）表征沥青路面由于温缩形成的温度应力，劲度变化速率m表征沥青结合料应力松弛速率．本文采用美国生产的BBR弯曲流变仪，试验样品采用经过RTFO和PAV老化以后的沥青残渣，试验结果见表6和图4、图5．对于PG低温分级温度，本文按照ASTMD7643－10［8］规范的要求，取蠕变劲度S（60）＝300，m＝0．300时对应的分级温度进行分析，且S（60）对应的连续分级温度根据公式（2）进行对数插值，m对应的连续分级温度根据公式（3）进行线性插值计算，最终取两个连续分级温度中的较高者作为PG低温分级温度．由图4和图5可知，BRA改性沥青的劲度模量S均比基质沥青高，并且随着BRA掺量的增加呈现增大的趋势，反映了BRA改性沥青低温脆化的过程；BRA改性沥青的劲度变化率m，随着BRA掺量的增加呈减小的趋势，这表明BRA改性沥青的应力松弛能力下降，当温度急剧下降时容易出现温缩开裂．由表6可知，BRA改性沥青PG低温分级温度由－23．7℃升高到－16．0℃，说明改性沥青PG低温分级［9］随BRA掺量的增加而降低，BRA改性沥青低温抗开裂性能下降．这些评价指标说明BRA对基质沥青的低温性能产生不利影响，对此可有三种解释［10～13］：一是BRA的低延展性能，遗传给整个BRA改性沥青体系，导致改性沥青低温延展性下降；二是BRA中含有大量的矿物质；三是现有的试验方法并不适合评价BRA的改性效果，如低温劲度模量试验条件性限制了对沥青材料本质的探讨．但大量的工程实例和室内试验证明［11，12］，掺入适量的BRA改性沥青混合料的低温抗开裂性能指标并没有明显的降低．因此有必要从沥青混合料及路面整体结构方面出发，间接地评价BRA对改性沥青低温性能的影响．目前，这些内容在岩沥青的改性方面还需要进一步的工作和研究．由表5和表6可以看出，BRA改性沥青的连续分级温度和BRA掺量有密切的关系，本文采用HT与LT的差值，即温差HT－LT的值来评价BRA改性沥青的可使用温度范围与岩沥青掺量的关系，其中HT（HighTempera－ture）、LT（LowTemperature）分别为BRA改性沥青的PG高温分级温度和PG低温分级温度．分析结果如图6所示．由图6可知，HT－LT和BRA掺量具有较好的正相关关系，说明BRA改性沥青的可使用温度范围随岩沥青掺量的增加呈增大趋势．表明与基质沥青相比，BRA改性沥青更适合在温差变化比较大的地区使用．

4结论

通过沥青旋转黏度试验、动态剪切流变试验及弯曲蠕变试验，评价了不同掺量的BRA改性沥青的温度敏感性、高温性能和低温性能．主要评价指标为黏度、复数模量指数、复数剪切模量、相位角、蠕变劲度及劲度变化速率等．试验结果与分析显示：（1）随着BRA掺量的增加，改性沥青的黏度值增大，135℃的黏度均小于3Pa•s，符合我国现行的技术规范和Superpave沥青结合料规范的要求，施工性能良好．（2）通过比较复数模量回归得到的复数模量指数GTS值，说明掺加BRA后，改性沥青的温度敏感性降低．（3）各项指标均表明，BRA掺量对沥青结合料的高温性能影响显著，改性沥青高温性能明显优于基质沥青．（4）BRA改性沥青的可使用温度范围较基质沥青扩大，其在温差变化大的地区更适用．另外，BRA改性沥青的中间连续分级温度升高且均满足PG中间温度的要求．（5）低温弯曲试验采用的评价指标表明，BRA对沥青结合料的低温性能产生消极影响．但这一点，还需要从沥青混合料、路面整体结构方面对BRA改性沥青低温性能进行综合评价．

作者：曾梦澜朱桃胡圣魁楠丁单位：湖南大学土木工程学院