按PG性能等級(jí)規(guī)范比較克拉瑪依道路瀝青和埃索道路瀝青的性能

劉軍 陳俊峰

摘要：本文主要通過(guò)PG性能等級(jí)規(guī)范來(lái)介紹克拉瑪依道路瀝青和埃索道路瀝青的性質(zhì)，進(jìn)一步來(lái)評(píng)價(jià)對(duì)比兩種瀝青在各種條件下的路用性能。

關(guān)鍵詞：性能分級(jí)；粘性；高溫性；低溫抗開(kāi)裂；抗疲勞開(kāi)裂；使用壽命

Abstract: this paper mainly through the PG performance level standard to introduce kelamayi road asphalt and esso nature of the road asphalt, and further to evaluate the contrast between two asphalt in various conditions with the road performance.

Keywords: performance classification; Sticky; High temperature sex; Low temperature resistance to cracking; The fatigue cracking resistance; Service life

中圖分類號(hào)：TV442+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）提出了“按性能分級(jí)（PG）的瀝青膠結(jié)料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”，這一規(guī)范將瀝青材料的粘彈性能的本質(zhì)用流變學(xué)指標(biāo)進(jìn)行量化，提出了在不同溫度下與路面使用環(huán)境相關(guān)的流變特性指標(biāo)。

SHAP計(jì)劃中對(duì)瀝青膠結(jié)料進(jìn)行PG性能分級(jí)，將瀝青的性質(zhì)與路用性能聯(lián)系起來(lái)，比較真實(shí)地反應(yīng)瀝青材料的實(shí)際使用性能，它不僅能夠提供瀝青所適用的施工區(qū)域，而且能夠反映出瀝青在載荷作用下及路面使用幾年后的性質(zhì)。因此，它是一種更為有效的評(píng)價(jià)瀝青材料的分級(jí)方法。

1 按PG性能等級(jí)規(guī)范評(píng)價(jià)克拉瑪依道路瀝青和埃索道路瀝青

1.1 主要評(píng)價(jià)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：首先對(duì)新鮮瀝青測(cè)定閃點(diǎn)、粘度，用DSR測(cè)定剪切模量和相位角；然后對(duì)新鮮瀝青進(jìn)行薄膜烘箱TFOT或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱RTFOT試驗(yàn)，測(cè)得瀝青蒸發(fā)損失，再對(duì)老化后的瀝青用DSR測(cè)定剪切模量和相位角；第三步是對(duì)薄膜烘箱TFOT或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱RTFOT后的樣品進(jìn)行壓力老化（PAV）試驗(yàn)，試驗(yàn)后的樣品用DSR測(cè)定剪切模量和相位角，用彎曲梁流變儀（BBR）測(cè)定蠕變勁度和勁度對(duì)數(shù)與時(shí)間對(duì)數(shù)關(guān)系在60s的斜率，還要進(jìn)行直接拉伸（DT）試驗(yàn)；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)照規(guī)范的要求確定瀝青的PG等級(jí)。

PG性能分級(jí)實(shí)際上是在模擬瀝青結(jié)合料壽命期的三個(gè)臨界段做試驗(yàn)。第一階段對(duì)原樣瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變（DSR）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果以G*/sinδ表征；第二階段再進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變（DSR）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果以G*/sinδ表征；第三階段是再對(duì)殘留物進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變（DSR）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果以G*.sinδ表征。

1.2 克拉瑪依道路瀝青和埃索道路瀝青的粘性比較

瀝青粘度是用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定的。一般來(lái)說(shuō)，在不影響瀝青生產(chǎn)、泵送和拌和的情況下，瀝青的粘度越大，其抗車轍能力越好，PG等級(jí)規(guī)范要求135℃的粘度不大于3.0MPa·s。

試驗(yàn)可知，克拉瑪依道路瀝青60℃、135℃粘度分別為克AH-70(356.2Pa.s, 0.685 Pa.s), 克AH-90(231.0 Pa.s, 0.525 Pa.s)，與埃索瀝青在兩種溫度下的的粘度(161.1 Pa.s,0.428 Pa.s)基本相同。粘度的大小影響瀝青的粘結(jié)性能，粘度大的瀝青其粘結(jié)性能越好。因此克拉瑪依瀝青具有優(yōu)良的粘結(jié)性能。

1.3 克拉瑪依瀝青和埃索瀝青高溫性能的比較

高溫性能即抗車轍能力是通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)的，試驗(yàn)結(jié)果以G*/sinδ來(lái)表示，稱為高溫下的車轍因子。G*為復(fù)數(shù)剪切模量，δ為應(yīng)力與應(yīng)變之間的時(shí)間滯后相位角。復(fù)數(shù)剪切模量G*是材料重復(fù)剪切變形時(shí)總阻力的度量。通常以新鮮瀝青及薄膜烘箱TFOT或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱RTFOT試驗(yàn)后的殘留物G*/sinδ值的大小來(lái)恒量瀝青材料的高溫抗車轍性能。

對(duì)克拉瑪依道路瀝青AH-90、AH-70和埃索瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變儀的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角的測(cè)試，采用動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)。

根據(jù)Superpave規(guī)范，原樣瀝青G*/sinδ應(yīng)大于1.00kPa，克AH-70、克AH-90、埃索瀝青64℃的G*/sinδ分別為2.210 kPa、1.707 kPa、1.116 kPa均大于1.00kPa，其高溫等級(jí)有可能達(dá)到PG64，其中以克AH-70、克AH-90的G*/sinδ為大；而克AH-70瀝青70℃的G*/sinδ為1.119kPa大于1.00kPa，該瀝青高溫等級(jí)有可能達(dá)到PG70。

真正反映車轍性能的是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱以后殘留物的動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)結(jié)果，根據(jù)Superpave規(guī)范，RTFOT后殘留物G*/sinδ應(yīng)大于2.20kPa，其中克AH-70、克AH-90瀝青64℃時(shí)分別為3.810 kPa、2.986 kPa，大于2.20kPa，埃索瀝青為1.515 kPa，小于2.20kPa，而70℃時(shí)小于2.20kPa；埃索瀝青58℃時(shí)為3.315 kPa，大于2.20kPa，64℃時(shí)為1.515kPa，小于2.20kPa。根據(jù)RTFOT殘留物DSR的數(shù)據(jù)，可以判斷確定克AH-70、克AH-90高溫等級(jí)均為PG64，埃索瀝青的高溫等級(jí)為PG58。

1.4低溫抗開(kāi)裂性能

低溫抗開(kāi)裂性能試驗(yàn)之一是彎曲梁流變（BBR）試驗(yàn)，它能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)低溫下瀝青勁度和蠕變速率，它是用蠕變載荷模擬溫度下降時(shí)路面中所產(chǎn)生的應(yīng)力。通常有兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)是蠕變勁度S，即瀝青抵抗永久變形的能力；第二個(gè)參數(shù)是m值，即荷載作用時(shí)瀝青勁度的變化率。SHRP認(rèn)為變化率m值越大越好，規(guī)范要求m值大于或等于0.30。

根據(jù)SHAP計(jì)劃的內(nèi)容，需要對(duì)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱后的殘留物進(jìn)行PAV壓力老化試驗(yàn)，用PAV后的殘留物進(jìn)行彎曲梁流變(BBR)試驗(yàn)，試驗(yàn)可知，克AH-70、克AH-90兩種瀝青-18℃時(shí)的勁度模量分別為206 MPa、164 MPa，小于300MPa，蠕變速率m 值分別為0.357、0.354，大于0.30，因此，低溫等級(jí)可達(dá)到-28℃；而埃索瀝青-12℃時(shí)為0.372，可以符合此要求，-18℃時(shí)為0.286，達(dá)不到此要求，因此，低溫等級(jí)為-22℃，所以在這兩種道路瀝青中克拉瑪依道路瀝青的低溫抗開(kāi)裂性能最好。

1.5 抗疲勞開(kāi)裂性能

通常將TFOT或RTFOT后的殘留物在100℃（或90℃、110℃）高溫、2.2MPa的壓力下進(jìn)行PAV壓力老化試驗(yàn)，模擬路面使用后期的性能。對(duì)試驗(yàn)后的殘留物從高溫到低溫作DSR試驗(yàn)，測(cè)定其G*.sinδ的值，直到G*.sinδ值不大于5000KPa時(shí)為止，取滿足規(guī)范的最小試驗(yàn)溫度作為該瀝青的路面疲勞設(shè)計(jì)溫度，大致相當(dāng)于路面最高和最低設(shè)計(jì)溫度平均值以上4℃，一般來(lái)說(shuō)，溫度越低，抗疲勞開(kāi)裂性能越好。

用經(jīng)過(guò)壓力老化的瀝青在常溫下進(jìn)行復(fù)數(shù)剪切模量和相位角的測(cè)試，其試對(duì)于埃索瀝青的性能等級(jí)可以確定為PG58-22，要求在22℃時(shí)的G**sinδ不大于5000kPa，實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)22℃時(shí)的G**sinδ值為3607 kPa，滿足規(guī)范PG58-22的要求。克拉瑪依道路瀝青的性能等級(jí)可以確定為PG64-28，要求在22℃時(shí)的G*.sinδ不大于5000kPa，實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)22℃時(shí)的G*.sinδ分別為1571 kPa和1148 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5000kPa，滿足規(guī)范PG64-28的要求。19℃時(shí)，埃索瀝青的G*.sinδ均大于5000kPa，而克AH-70、克AH-90的G*.sinδ值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5000kPa，16℃時(shí)克AH-90的G*.sinδ值為3032kPa，仍然小于5000kPa，因此，在所列出的這幾種瀝青中，克拉瑪依道路瀝青的PG等級(jí)最高，因此，也是路用性能最好的道路瀝青。

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比可以看出：

（1）克拉瑪依道路瀝青通常具有很多優(yōu)良的路用性能，粘度大，不僅具有優(yōu)良的高溫抗車轍能力，而且其抗疲勞開(kāi)裂性能、低溫抗開(kāi)裂性能也非常強(qiáng)，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，性能優(yōu)良。

（2）克拉瑪依道路瀝青性能適用于平均7天最高路面設(shè)計(jì)溫度為64℃、最低路面設(shè)計(jì)溫度為-28℃的道路路面,不僅適用于氣候炎熱、多雨的南方地區(qū)，而且適用于氣候寒冷的北方地區(qū)，使用溫區(qū)范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，是國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)的道路瀝青。

（3）埃索道路瀝青通過(guò)改性，既能最大限度的提高極端高溫環(huán)境下瀝青混合料的抗永久變形能力，又能降極端重載條件下瀝青混合料的疲勞破壞，能夠有效延長(zhǎng)道路的使用壽命。

參考規(guī)范：

[1] Standard Practice for Determination of Low-Temperature Performance Grade (PG) of Asphalt Binders. AASHTO Designation: PP42-01.

[2] Standard Specification for Performance Graded Asphalt Binder. AASHTO Designation: MP1a-01. [3] 李志軍，王仁輝．按ＰＧ性能等級(jí)規(guī)范評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)重交通道路瀝青的性能［J］．石油瀝青，2002，16(3):23-26.

[4] 交通部公路科學(xué)研究所.道路瀝青及瀝青混合料路用性能的研究.1995.