Superpave與針入度體系在瀝青膠結(jié)料性能評價中的差異分析

靳 燕

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心)

1 引 言

近年來，我國各省高速公路迎來了大規(guī)模的建設(shè)與發(fā)展，在引進(jìn)新技術(shù)，推廣新應(yīng)用方面均取得了突破性進(jìn)展，但是無論排水降噪瀝青路面的應(yīng)用，還是長壽面瀝青路面的推廣，仍然面層均以瀝青路面為主?？v觀已建高速路面，瀝青路面在早期均出現(xiàn)了不同程度的路面病害，而且這種早期病害往往與原材料的控制不無關(guān)系。作為瀝青混合料重要的組成之一

——瀝青膠結(jié)料，與集料的粘附性以及路面各種路用性能的形成具有重要的意義。然而，我國現(xiàn)行的瀝青膠結(jié)料或瀝青混合料的評價體系均為經(jīng)驗型或半經(jīng)驗型，尤其是瀝青性能的評價仍然采用針入度分級體系，而針入度分級體系是經(jīng)驗型的評價方法，并不能與熱拌瀝青混合料的性能有直接的聯(lián)系，現(xiàn)行的規(guī)范對這種的關(guān)系的建立均是基于經(jīng)驗性的;而美國PG 分級體系旨在評價瀝青結(jié)合料的性能。因此，近來年Superpave 瀝青混合料試驗與技術(shù)在我省乃至我國高速公路建設(shè)中均有一定的應(yīng)用。

目前，基于美國夏普技術(shù)在瀝青膠結(jié)料性能評價體系中的應(yīng)用已有眾多科研成果，本文基于我國已有研究成果，從膠結(jié)料性能角度分析了Superpave 與針入度體系的差異，并對兩個典型的試驗結(jié)果進(jìn)行了分析。

2 Superpave 與針入度體系的差異

(1)基于經(jīng)驗性的針入度和延度試驗與瀝青混合料的性能之間是通過經(jīng)驗性的關(guān)系連接的;而Superpave 的動態(tài)剪切流變儀、彎曲流變儀所測試指標(biāo)所表征的物理意義與現(xiàn)場混合料的施工、路面性能(即對瀝青路面高溫車轍、疲勞開裂、低溫開裂病害的表征)直接相關(guān)，如現(xiàn)場攤鋪、壓實溫度可以通過布氏旋轉(zhuǎn)粘度儀所測定的粘度確定，而瀝青老化前路面的高溫性能、低溫性能可通過DSR 與BBR 所測定的物理指標(biāo)予以表征。

(2)我國規(guī)范所采用的針入度、延度、粘度等技術(shù)指標(biāo)值并不考慮所應(yīng)用的氣候條件、地理位置等外界因素，均在標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行評價(針入度通常采用25℃，而普通瀝青的粘度通常采用60℃);而Superpave 雖然對DSR、BBR 等試驗所測定的技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)一值(如DSR:原樣瀝青G* /sinδ 不小于1.0kPa，短期老化后的瀝青G* /sinδ 不小于2.2 kPa，長期老化后的瀝青G* /sinδ 不大于5000 kPa;BBR:蠕變勁度不大于300，m 值不小于0.3)，但是通過對工程所在地的普遍氣候可選擇滿足規(guī)范要求的溫度予以試驗，實質(zhì)上是選擇PG 分級對應(yīng)的結(jié)合料等級。

(3)針入度分級體系對溫度的考慮相對較局限(如改性瀝青最低試驗溫度為5℃的延度)，并沒有對工程所在地溫度的變化范圍予以全面考慮;但是如上所述，Superpave 對瀝青的低溫勁度等試驗方法均有規(guī)定，考慮普遍溫度范圍較為全面。

(4)瀝青路面隨著服務(wù)年限的延長，瀝青老化的不斷加劇，路用性能均會出現(xiàn)不同程度的衰減，但是目前我國的規(guī)范僅通過旋轉(zhuǎn)薄膜老化或薄膜老化考慮了生產(chǎn)和施工期間的短期老化(主要采用的評價指標(biāo)為短期老化后的針入度比與延度)，并沒有對長期老化進(jìn)行具體的規(guī)定和配套的試驗方法;而Superpave 體系納入了瀝青生產(chǎn)、應(yīng)用整個壽命中的三個關(guān)鍵階段:瀝青混合料拌合之前，基質(zhì)瀝青的運(yùn)輸、儲存及加工(通過不進(jìn)行老化的原樣瀝青試驗進(jìn)行表征)瀝青混合料拌合、攤鋪、碾壓過程中的短期老化(通過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱RTFOT 進(jìn)行表征)在自然因素、交通荷載作用下，隨著時間的延長，瀝青結(jié)合料的長期老化(通過壓力老化儀PAV進(jìn)行表征)

(5)針入度分級體系可能更適應(yīng)于評價普通瀝青，而目前我國大部分地區(qū)的瀝青路面的上面層均采用改性瀝青，部分地區(qū)中面層也開始采用改性瀝青，改性瀝青的使用越來越普遍;而美國的Superpave 體系專門為瀝青膠結(jié)料制訂的，可用于評價改性或普通瀝青，適用范圍較大。

但是Superpave 體系也存著這明顯的不足，比如設(shè)備昂貴，操作較為復(fù)雜，推廣難度較大，不適應(yīng)與施工現(xiàn)場測試，并且未考慮瀝青儲存穩(wěn)定性等指標(biāo)。

3 瀝青膠結(jié)料性能試驗分析

3.1 Superpave 規(guī)范的主要技術(shù)指標(biāo)

Superpave 體系是基于路用性能的評價體系，其評價指標(biāo)肯定有益于現(xiàn)有的針入度分級體系，具體試驗方法及指標(biāo)見表1。

3.2 Superpave 與針入度體系測試的試驗結(jié)果分析

基于對Superpave 與針入度體系差異的分析可見，針入度體系與Superpave 體系對同一瀝青性能評價的結(jié)果可能并不相同，從國內(nèi)某瀝青廠家生產(chǎn)的不同批次瀝青實驗結(jié)果中不滿足要求的兩個典型試驗結(jié)果(如表2，SBS 改性瀝青)可得證。

表1 Superpave 瀝青結(jié)合料試驗方法及指標(biāo)

表2 SBS 改性瀝青試驗測試結(jié)果

續(xù)表2

因此，在現(xiàn)階段瀝青質(zhì)量控制的應(yīng)用中，建議將常規(guī)指標(biāo)與Superpave 指標(biāo)均作為瀝青質(zhì)量控制的技術(shù)指標(biāo)，將針入度、延度、軟化點與G* /sinδ 作為主要評價指標(biāo)，并將控制短期老化后的各項指標(biāo)作為瀝青質(zhì)量控制的關(guān)鍵。另外，建議在生產(chǎn)過程中對SBS 改性劑的摻量進(jìn)行嚴(yán)格控制，以提高瀝青膠結(jié)料的性能。

4 結(jié) 論

雖然美國Superpave 規(guī)范已在眾多國家有所應(yīng)用，但是我國瀝青性能的評價仍然以針入度體系為主，通過對Superpave 與針入度體系差異以及兩者優(yōu)劣性的分析，Superpave適應(yīng)范圍更廣，對性能的評價更貼近于實際，但是并不適應(yīng)于現(xiàn)場評價，而針入度體系操作簡單，易于應(yīng)用?；谏鲜龇治黾笆覂?nèi)典型試驗結(jié)果的研究，建議將常規(guī)指標(biāo)與Superpave 指標(biāo)均作為瀝青質(zhì)量控制的技術(shù)指標(biāo)，并在瀝青質(zhì)量檢測過程中嚴(yán)格控制關(guān)鍵階段(短期老化)與關(guān)鍵指標(biāo)(針入度、延度、軟化點與G* /sinδ)的試驗結(jié)果。

［1］張嬿，胡旭東，曹志遠(yuǎn)譯.熱拌瀝青材料、混合料設(shè)計與施工［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］王亞明.按Superpave 規(guī)范評價中海瀝青的路用性能［J］.石油瀝青，2002，16(2):55－58.

［3］張志祥，游玉石.SuperpavePG 性能規(guī)范與針入度規(guī)范的有效性分析［J］.石油瀝青，2007，21(1):47－50.

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