基于DSR的沥青SHRP试验指标研究

赵晓康刘晨郑晨徐炳强

（1.河南省交通规划勘察设计院股份有限公司，河南 郑州 450002；2.河南省交院工程检测加固有限公司，河南 郑州 450002）

基于DSR的沥青SHRP试验指标研究

赵晓康1，2刘晨1，2郑晨1，2徐炳强2

（1.河南省交通规划勘察设计院股份有限公司，河南 郑州 450002；2.河南省交院工程检测加固有限公司，河南 郑州 450002）

本文选择六种不同油源及标号的石油沥青进行DSR试验，根据试验结果来综合评价各沥青结合料的高温性能及抗疲劳性能，并与国内常规试验结果进行对比分析，探究SHRP试验指标与国内沥青常规指标之间的联系。结果表明，SHRP试验指标可以将沥青的性质与其路用性能结合起来，能更好地反映沥青材料的路用性能。

性能评价，SHRP，DSR，常规指标

1987-1993年，美国SHRP历时五年完成了一系列试验计划，并创建了一整套新方法来用于对沥青性能进行分级和评价［1］，其主要精髓在于成功将路用性能与室内研究建立直接联系，把沥青性能与环境条件相结合，最终通过系统的室内试验研究进行沥青路面性能评价。在此基础上，本文将选择不同油源及标号的石油沥青进行DSR试验，根据试验结果来综合评价各沥青结合料的高温性能及抗疲劳性能，并与国内常规试验结果进行对比分析，探究SHRP试验指标与国内沥青常规指标之间的联系探究。

1　DSR试验介绍

动力剪切流变仪（DSR）是SHRP试验中评价沥青材料高温及抗疲劳性能的重要试验方法。DSR用复数剪切模量G*和相位角δ来表征沥青材料的粘性（不可恢复）和弹性（可恢复）部分，其中G*是材料在受重复剪切变形时对总阻力的一个度量，它包含弹性和粘性两部分；δ是度量可恢复变形和不可恢复变形能力的相对指标，δ与施加应变与产生应力或者施加应力与产生应变时的时间滞后相关［2］。G*和δ可共同表征沥青材料的高温性能和抗疲劳性能，如在G*相同而δ不同的情况下，也可能表现出不同程度的可恢复形变能力，因此试验中需对两指标同时考虑。

理论上而言，沥青路面高温时需要有足够的弹性，以利于弹性形变的恢复，因此在SHRP规范中用抗车辙因子G*/ sinδ来评价沥青的高温性能，在高温条件下，G*/sinδ越大表明G*较大和δ较小，说明沥青的抗车辙性能越好［3］。

2　沥青DSR试验分析

本次DSR试验分别选取壳牌70#、90#、克拉90#、110#、中海90#、110#等六类沥青进行试验，原样试验条件为ω=10rad/s和γ=12%，试验温度为60℃和70℃；RTFOT后试验条件为ω=10rad/s和γ=10%，试验温度为60℃，原样和RTFOT后的试样直径均为25mm，厚1mm。具体试验结果如图1所示。

图1　沥青DSR试验结果

2.1高温稳定性分析

SHRP规范中用车辙因子G*/sinδ表示抗车辙能力，G*/ sinδ越大，说明沥青材料的抗车辙能力越强，而在具有相同的G*时，δ越小则越好，说明材料的弹性分量大而粘性分量小，即抗车辙能力强［4］。由以上DSR试验结果可以看出：在相同的试验温度（60℃）下同一油源沥青的复数剪切模量G*随着标号增大而减小，相位角随之δ增大，抗车辙因子G*/sinδ减小，说明沥青材料的高温性质变差；而在较高温度（70℃）下沥青抗车辙因子随着试验温度的提高而急剧减小；同时同标号而不同油源的沥青抗车辙因子G*/sinδ相差比较大，这说明高温性能和沥青的组分密切有关，因此在评价沥青的高温性能时，需要综合分析沥青材料的各项指标。

2.2抗短期老化性能分析

在相同的试验温度（60℃）下，六种沥青的抗车辙指标在RTFOT前后均产生了不同程度的变化，分析认为这种变化和其抗老化性能有关，对于RTFOT后G*/sinδ变化相对较小的沥青材料，说明其抗老化性能较强。因此，引进沥青的抗车辙因子比TR（老化后抗车辙因子/老化前抗车辙因子）来更好地说明沥青材料的抗短期老化性能，TR越大，表明RTFOT使沥青的G*/sinδ增大的幅度越大，其抗短期老化性能也就越差［5］。由沥青材料RTFOT前后对比数据可知：不同油源以及相同油源而不同标号的沥青材料间的抗短期老化能力存在很大差异，分析认为其一是沥青的抗短期老化能力与沥青自身的材料性质有关，其二还可能与沥青材料的储存时间有关，实践证明对于同一沥青，储存时间越长其抗老化能力就越差。

3　沥青常规指标与SHRP指标的关系

本文将沥青的DSR试验结果与其针入度指数PI、温度敏感系数AlgPen、15℃、25℃、30℃针入度、软化点R&B及当量软化点T800等常规指标进行对比分析，具体试验结果如图2所示。

图2　沥青常规指标与SHRP指标的比较

3.1高温稳定性对比

我国沥青常规标准用温度敏感性系数AlgPen、针入度指数PI来表征沥青的感温性，采用软化点R&B、当量软化点T800来表征沥青的高温性能。分析认为：常规指标中针入度指数PI、温度敏感性系数AlgPen、软化点R&B、当量软化点T800与SHRP试验标准中的60℃的抗车辙因子G*/sinδ间不存在明显的相关关系，而对于同一油源不同标号的沥青在不同温度（15℃、25℃、30℃）下的针入度值与60℃的抗车辙因子G*/ sinδ存在较好的相关关系。

针入度的试验温度一般为15℃～30℃（或5℃～30℃），沥青材料的感温性是由不同温度下的针入度值回归得出的，因此沥青材料的感温性和该温度范围内沥青的针入度值有很大的关系，因此在评价沥青的温度敏感性时需要指明温度范围，在不同的温度范围内同一沥青的温度敏感性也不相同。

3.2抗短期老化性能对比

从试验结果可以看出SHRP指标与我国的沥青指标体系得到的抗短期老化性能相关性不是很明显，说明工程实际中若仅凭RTFOT后残留针入度比较小就认为该沥青材料过于稠硬而抗老化性能差，或者仅凭RTFOT后其25℃针入度较小就认为其高温稳定性好，都是不妥的。用针入度及相应的RTFOT后残留针入度比作为沥青抗短期老化性能评价指标有很大偏颇之处。

4　结论

综合DSR测试结果可以得出，抗车辙因子G*/sinδ可以很好地评价沥青的高温性能及抗短期老化性能，而常规指标的针入度指数PI、温度敏感性系数AlgPen、软化点R&B、当量软化点T800与抗车辙因子间没有明显的相关关系，且在实际应用中有些偏颇，SHRP指标与我国的沥青指标作为不同的指标体系，实际工程应用中应有所借鉴，将沥青性质与沥青的路用性能成功地结合起来才能更好得综合反映沥青的路用性能。

［1］ 张德勤.石油沥青的生产与应用［M］.北京:中国石化出版社，2001，7.

［2］ 何演.沥青结合料力学特性研究［D］.重庆交通学院，2005.

［3］ 马峰等.美国生物沥青混合料路用性能的研究与应用［J］.公路，2015（3）:168-172.

［4］ 陈静云，赵慧敏.用SHRP方法评价再生沥青性能［J］.大连理工大学学报，2001，1（51）:68-72.

［5］ 邹桂连等，应用DSR评价沥青胶浆路用性能的研究［J］.哈尔滨建筑大学学报，2001，34（3）:112-115.

U414

A

1003-5168（2015）11-076-02

赵晓康（1987-），男，硕士.助理工程师，研究方向：道路路面材料。