基于车辙试验优选沥青高温性能评价指标

徐鸿飞

（枣庄学院城市与建筑工程学院，山东 枣庄 277160）

0 引 言

鉴于沥青路面行车安全、舒适、噪音小、维修方便等优点，我国近年来所建高速公路、一级公路绝大多数为沥青路面。但随着沥青路面使用年限的增加，车辙、裂缝、拥包、坑槽等路面损害逐渐出现。根据发达国家的研究资料，车辙已经成为导致沥青路面使用性能降低的最主要原因［1］。

我国夏季气温较高，是路面车辙形成的关键时期。路面损害程度主要取决于沥青混合料的高温稳定性能，而沥青结合料的高温性能对沥青混合料的高温稳定性能的贡献率在40%及以上，因此，优选高温性能良好的沥青结合料是建设优良沥青路面的主要因素［1］。沥青结合料作为一种特殊的粘弹性材料，国内外评价其高温性能的指标很多。根据长期经验及研究，大部分指标均有其评价局限性，甚至在评价同一沥青的高温性能时结果相悖［2］。因此，从众多的评价指标中选择最能良好评价路面使用性能的指标是必要的。

文中选择6种常用沥青，并同时准备短期老化RTFOT后试样。对短期老化前后的沥青进行常规试验（针入度、软化点、60℃粘度试验）、动态剪切流变试验以及重复蠕变恢复试验，得到软化点TR＆B、当量软化点T800、60℃粘度η；60℃车辙因子G＊／sinδ、等抗车辙因子临界温度TG＊／sinδ、蠕变劲度粘性成分Gv、累积应变共7种高温评价指标后对比车辙试验动稳定度的结果，选择最优评价指标。

1 试验材料

1.1 沥青

2种普通沥青：加德士70号和齐鲁70号；4种改性沥青：MAC、橡胶粉（厂制）、橡胶（试验室自制）和SBS改性沥青。

1.2 集料

同一产地石灰岩，颗粒洁净、棱角分明、无杂质，各项指标满足试验规程要求。

2 试验方法及结果

2.1 常规试验

文中进行的常规试验包括针入度、软化点及60℃粘度试验。试验方法按照文献［3］进行。试验结果见表1。

表1 短期老化前后TR＆B、T800及η

2.2 动态剪切流变试验（DSR）

试验方法按照AASHTO TP5－93进行，采用应变控制加载模式（原样沥青控制应变值12%，RTFOT为10%），频率ω＝10rad／s，温度为58，64，70，76，82，88 ℃。

根据试验得到的各个温度对应的车辙因子G＊／sinδ数值计算60℃时的G＊／sinδ以及等抗车辙因子临界温度 TG＊／sinδ，即原样沥青的 TG＊／sinδ为1.0kPa，RTFOT后沥青的TG＊／sinδ为2.2kPa时对应的温度［4］。

试验结果见表2。

表2 短期老化前后60℃G＊／sinδ，TG＊／sinδ

2.3 重复蠕变恢复试验

试验采用动态剪切流变仪。考虑到我国公路实际行车状况、路面受力水平，试验采用应力控制模式：分别用120，300Pa两个应力水平；根据我国夏季路面温度试验温度采用60℃［5－6］；沥青路面实际的荷载变形响应其实相当于多个加卸载周期，为了模拟路面实际的行车荷载状况，试验采用每个加卸载周期加载蠕变1s、卸载恢复9s，重复100次，其中9s恢复期实际上模拟了路面前后两次行车作用荷载的间隔期［7］。

根据Burgers流变模型对第50，51次的试验结果拟合，得到蠕变劲度的粘性成分Gv。试验结果见表3。

表3 短期老化前后Gv、累积应变

2.4 沥青混合料车辙试验

沥青结合料高温性能的优劣最终要体现在沥青混合料的高温性能上。我国《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》采用60℃车辙试验评价沥青混合料的高温性能［3］。文中以车辙试验对以上7种指标进行验证。为了更加凸显不同沥青结合料高温性能的优劣，除结合料不同，其它方面均相同，包括使用同产地、同标准集料、同级配类型、同样的试验条件等。

级配为连续级配细粒式 AC－13，满足文献［8］要求，见表4。

表4 连续级配沥青混合料AC－13

由马歇尔试验确定普通沥青、改性沥青用量分别为4.6%，4.8%，矿粉含量6%。沥青混合料试件经马歇尔试验确定体积指标符合规范要求，见表5。

车辙试验结果见表6。

表6 车辙试验动稳定度

3 试验结果分析

3.1 排序分析

根据上面所列数据，原样沥青7种指标的数值大小排序与动稳定度一致的有G＊／sinδ，Gv、累积应变，RTFOT后一致的有T800，60℃粘度η，Gv（120Pa）、累积应变。因此，短期老化前后排序均一致的指标只有Gv（120Pa）和累积应变。

3.2 相关性分析

各指标均与动稳定度做相关性分析（仅以Gv（120Pa）为例），如图1和图2所示。

图1 Gv（120Pa）与DS（原样）

图2 Gv（120Pa）与DS（RTFOT）

分别得到相关系数，结果汇总见表7。

表7 各评价指标与动稳定度相关系数

表7的结果一定程度上可以表示各指标在评价沥青高温性能时的优劣程度。从总体上看，重复蠕变恢复试验得到的指标优于动态剪切流变试验的指标，常规指标与动稳定度的相关性最差。说明常规指标在评价沥青高温性能时可靠性较低；G＊／sinδ和TG＊／sinδ一定程度上可以采用，但在评价改性沥青的高温性能时排序较乱需谨慎使用；Gv可以很好地对沥青高温性能进行评价，累积应变较之Gv可靠性稍低，但仍可以较好地使用。

从表7可以看出，短期老化前后与动稳定度相关性均较好地指标为Gv（120Pa），Gv（300Pa），60℃ G＊／sinδ，TG＊／sinδ、累积应变（120Pa）、累积应变（300Pa），说明这些指标可以较好的评价沥青的高温性能，其中Gv的相关性最好。结合排序分析，所有指标中即与动稳定度排序相一致又相关性很好的指标为120Pa应力水平下的Gv，此为最优指标。

4 结 语

1）国内常用的评价沥青高温性能的常规指标TR＆B，T800和60℃粘度η可靠性较低。G＊／sinδ，TG＊／sinδ一定程度上可以采用，可靠性优于常规指标，但用于评价改性沥青时可靠性还需进一步分析。Gv和累积应变可以较好地用来评价沥青高温性能。

2）在评价沥青高温性能的试验方法上，重复蠕变恢复试验优于动态剪切流变试验优于常规试验。

3）120Pa应力水平下的蠕变劲度粘性成分Gv最能反映沥青高温性能的优劣，为最佳指标。

［1］沈金安.沥青与沥青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［2］Bouldin M G，Dongre R，Angelo D.Proposed refinement to the superpave high temperature specification parameter for performance graded binders［R］.Transportation Research.Record，No.1766，National Research Council，Washington，2001：40－47.

［3］中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052－2000）［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［4］Desmaze C，Lecomte M，Phillips M.A protocol for reliable measurement of Zero Shear Viscosity in order to evaluate the antirutting performance of binders［C］／／Proceedings 2nd Eurasphalt ＆ Eurobitume Congress.Barelona：Eurasphalt and Eurobitume Congress，2000：203－211.

［5］张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［6］张肖宁，孟勇军，邹桂莲.基于重复蠕变的改性沥青高温指标［J］.华南理工大学学报，2008（4）：23－28.

［7］冯中良，王瑞强，曹荣吉.重复蠕变试验评价沥青高温性能的研究［J］.中外公路，2007，27（1）：181－183.

［8］中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范JTJ032－94［S］.北京：人民交通出版社，1994.