春风塔河90A沥青及沥青混合料性能评价分析

陈 芳，蒋晓园，杨秋菊，马莲霞

(1.新疆交通建设集团股份有限公司 乌鲁木齐市 830011； 2.新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行三处 乌鲁木齐市 830011)

在“一带一路”发展战略推进下，伴随经济的快速增长，新疆公路建设事业也取得了瞩目的成就。在公路建设事业蓬勃发展的同时，许多新的问题也接踵而来，主要表现为以下几点：首先，新疆优质重交道路沥青产量不足[1]；其次，新疆气候环境复杂，夏季炎热，冬季寒冷，紫外线辐射强度大[2]，年温差较大，干湿交替，重载、超载现象突出，导致沥青路面病害突显；最后，目前新疆地区沥青产品单一，缺乏市场竞争。因此中石化联合新疆交建集团开展高性能道路沥青研发工作，本研究依托新疆高性能沥青研究的基础上，针对春风塔河沥青、克炼沥青进行大量试验分析，对两沥青品牌性能全面评价比较。

1 试验设计

对春风塔河90沥青(简称CHTH90A))进行试验研究，集料选用新疆阿勒泰某项目中面层所使用的集料卵石破碎石，通过马歇尔体积指标确定最佳油石比[3]，对沥青混合料性能进行评价，并与克拉玛依90A(简称KL90A))沥青及沥青混合料进行对比。在常规试验的基础上进行延时老化试验，并采用红外线光谱仪进行红外光谱测试，对沥青性能进行评价。试验方法参照《沥青及沥青混合料试验规程》[4](JTG E20—2011)中的相关试验方法进行常规试验。

2 沥青性能分析

2.1 常规指标分析

选用新疆地区常用的两种基质沥青KL90A、CHTH90A进行试验分析，按照《沥青及沥青混合料试验规程》[4](JTGE20—2011)相关试验方法进行沥青试验，其技术指标要求参照《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)，试验结果见表1。

从表1可以看出，两种品牌基质沥青90A的技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)的要求，其25℃针入度、软化点差异并不明显，60℃动力粘度CHTH90A>KL90A，针入度指数PI CHTH90A>KL90A，通过以上对比分析可以得出，CHTH90A沥青的黏度及针入度指数PI大，说明其高温稳定性较好及感温性能小。经过RTFOT后，质量损失率CHTH90A>KL90A，10℃残留延度KL90A>CHTH90A，25℃残留针入度比KL90A>CHTH90A，说明其经过短期老化后，CHTH90A抵抗低温变形能力较弱，由于CHTH90A沥青蜡含量比较高，可能导致其抵抗低温变形能力比较弱。PG性能等级比较，CHTH90A与KL90A沥青适应同等气候温度区间。从沥青的组分分析来看，CHTH90A沥青组分构成在合理范围内。其他各项技术指标两种品牌的沥青几乎相当。

表1 新疆不同沥青品牌性能比较(90A)

研究选用9.5～13.2mm粒径卵石破碎集料、9.5～13.2mm的花岗岩。试验方法采用水浸法。选用9.5～13.2mm粒径卵石破碎集料，从试验结果分析春风塔河90A沥青与矿料的粘附性与KL90A相比，没有明显差别，性能基本相当。但集料选用9.5～13.2mm的花岗岩，从实验结果看，CHTH90A沥青与集料的粘附性不如KL90A。

2.2 延时老化性能分析

延时老化试验参照《沥青及沥青混合料试验规程》[4](JTG E20—2011)中的相关试验方法进行试验，试验结果如表2及图1～图4所示。

表2 CHTH90A延时老化后各指标试验结果

图1 针入度随RTFOT老化时间的变化规律

图2 15℃延度随RTFOT老化时间的变化规律

图3 软化点随RTFOT老化时间的变化规律

图4 残留针入度比随RTFOT老化时间的变化规律

采用薄膜烘箱延时老化试验后发现，CHTH90A沥青的25℃针入度、残留针入度比、15℃延度、软化点随着老化时间延长变化较为显著。CHTH90A沥青的25℃针入度、15℃延度、残留针入度比在0～180min时衰减的幅度很大，在180min之后变化趋于平缓；软化点在0～130min区段变化趋于平缓，在130min之后增幅比较大。表明随着老化时间的持续进行，CHTH90A沥青低温性能趋于稳定，高温性能随着老化时间的持续呈现较为显著的变化。

2.3 红外光谱测试

采用红外线光谱仪进行沥青试验，2种90A沥青谱图对比结果发现差别较大，特征峰的位置基本上在相同的波数范围内。另外还发现KL90A沥青其在波数(cm-1)1500～1800之间的特征峰的峰形状较为锋利，而CHTH90A沥青在波数(cm-1)1500～1800之间的特征峰的峰形状较为平滑。这主要是因为沥青中官能团的含量相差较大，导致沥青对红外光的吸收是不一样。

3 沥青混合料性能分析

依据高低温及降雨因素，《新疆沥青路面设计指导手册》将新疆分为水稳及冻稳区、低温抗裂区、高低温过渡区、高温抗车辙区四个气候区。阿勒泰地区为低温抗裂区，根据新疆气候环境及自然条件，本研究选择沥青面层混合料级配类型AC-20C进行混合料性能分析，并与KL90A沥青混合料进行对比。

3.1 不同混合料类型最佳油石比确定

室内通过测定135～175℃条件的粘度，通过粘度-温度曲线法，确定沥青混合料拌和温度为165～170℃，击实温度为150～160℃。依据集料筛分结果，通过混合料配合比设计[4]，根据马歇尔体积指标确定AC-20C最佳油石比为4.0%，春风塔河90A沥青混合料各级配类型马歇尔体积指标见表3。

表3 春风塔河90A沥青混合料的马歇尔试验结果

从表3可以看出，不同级配类型最佳油石比下春风塔河90A沥青混合料马歇尔各项试验结果均符合《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)要求。

3.2 不同级配的沥青混合料性能验证

按照前述已经确定的最佳油石比及级配类型，参照《公路沥青及沥青混合料试验规程》[4](JTG E20—2011)中的相关试验方法进行沥青混合料试验，试验结果见表4，相关技术要求见表5。

表4 90号A级沥青混合料性能分析比较

表5 《新疆沥青路面设计指导手册》低温抗裂区沥青混合料相关技术指标要求

从表4可以看出，沥青混合料指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)、《新疆沥青路面设计指导手册》相关技术要求。新疆阿勒泰地区均为低温抗裂区，沥青混合料性能相比，残留稳定度、稳定度、动稳定度、破坏应变： AC-20CKL90A>AC-20CCHTH90A；冻融劈裂强度比、流值：AC-20CCHTH90A>AC-20CKL90A；在混合料性能方面两种沥青相差不大。

根据室内试验配合设计及验证，现场进行了试验路的铺筑，铺筑后进行了现场检测。通过检测评价，路面整体性能良好。

4 结论

(1)通过沥青常规指标分析，CHTH90A沥青高温稳定性较好，感温性小，抵抗低温变形能力较弱。PG性能等级比较，CHTH90A与KL90A沥青适应同等气候温度区间。

(2)通过延时老化试验分析得出，随着老化的持续进行，CHTH90A沥青低温性能趋于稳定，高温性能变化较为显著。

(3)通过红外光谱试验，在波数(cm-1)1500～1800之间，KL90A沥青特征峰的峰形状较为锋利，而CHTH90A沥青特征峰的峰形状较为平滑。

(4)通过不同级配类型混合料性能分析，CHTH90A沥青混合料马歇尔各项试验结果及混合料性能均符合《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)、《新疆沥青路面设计指导手册》要求，其性能两种沥青相差不大。