基于DSR的瀝青SHRP試驗(yàn)指標(biāo)研究

趙曉康劉晨鄭晨徐炳強(qiáng)

（1.河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南省交院工程檢測(cè)加固有限公司，河南 鄭州 450002）

基于DSR的瀝青SHRP試驗(yàn)指標(biāo)研究

趙曉康1，2劉晨1，2鄭晨1，2徐炳強(qiáng)2

（1.河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，河南 鄭州 450002；2.河南省交院工程檢測(cè)加固有限公司，河南 鄭州 450002）

本文選擇六種不同油源及標(biāo)號(hào)的石油瀝青進(jìn)行DSR試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來綜合評(píng)價(jià)各瀝青結(jié)合料的高溫性能及抗疲勞性能，并與國(guó)內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探究SHRP試驗(yàn)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)瀝青常規(guī)指標(biāo)之間的聯(lián)系。結(jié)果表明，SHRP試驗(yàn)指標(biāo)可以將瀝青的性質(zhì)與其路用性能結(jié)合起來，能更好地反映瀝青材料的路用性能。

性能評(píng)價(jià)，SHRP，DSR，常規(guī)指標(biāo)

1987-1993年，美國(guó)SHRP歷時(shí)五年完成了一系列試驗(yàn)計(jì)劃，并創(chuàng)建了一整套新方法來用于對(duì)瀝青性能進(jìn)行分級(jí)和評(píng)價(jià)［1］，其主要精髓在于成功將路用性能與室內(nèi)研究建立直接聯(lián)系，把瀝青性能與環(huán)境條件相結(jié)合，最終通過系統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)研究進(jìn)行瀝青路面性能評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上，本文將選擇不同油源及標(biāo)號(hào)的石油瀝青進(jìn)行DSR試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來綜合評(píng)價(jià)各瀝青結(jié)合料的高溫性能及抗疲勞性能，并與國(guó)內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探究SHRP試驗(yàn)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)瀝青常規(guī)指標(biāo)之間的聯(lián)系探究。

1　DSR試驗(yàn)介紹

動(dòng)力剪切流變儀（DSR）是SHRP試驗(yàn)中評(píng)價(jià)瀝青材料高溫及抗疲勞性能的重要試驗(yàn)方法。DSR用復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ來表征瀝青材料的粘性（不可恢復(fù)）和彈性（可恢復(fù)）部分，其中G*是材料在受重復(fù)剪切變形時(shí)對(duì)總阻力的一個(gè)度量，它包含彈性和粘性兩部分；δ是度量可恢復(fù)變形和不可恢復(fù)變形能力的相對(duì)指標(biāo)，δ與施加應(yīng)變與產(chǎn)生應(yīng)力或者施加應(yīng)力與產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)的時(shí)間滯后相關(guān)［2］。G*和δ可共同表征瀝青材料的高溫性能和抗疲勞性能，如在G*相同而δ不同的情況下，也可能表現(xiàn)出不同程度的可恢復(fù)形變能力，因此試驗(yàn)中需對(duì)兩指標(biāo)同時(shí)考慮。

理論上而言，瀝青路面高溫時(shí)需要有足夠的彈性，以利于彈性形變的恢復(fù)，因此在SHRP規(guī)范中用抗車轍因子G*/ sinδ來評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能，在高溫條件下，G*/sinδ越大表明G*較大和δ較小，說明瀝青的抗車轍性能越好［3］。

2　瀝青DSR試驗(yàn)分析

本次DSR試驗(yàn)分別選取殼牌70#、90#、克拉90#、110#、中海90#、110#等六類瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，原樣試驗(yàn)條件為ω=10rad/s和γ=12%，試驗(yàn)溫度為60℃和70℃；RTFOT后試驗(yàn)條件為ω=10rad/s和γ=10%，試驗(yàn)溫度為60℃，原樣和RTFOT后的試樣直徑均為25mm，厚1mm。具體試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果

2.1高溫穩(wěn)定性分析

SHRP規(guī)范中用車轍因子G*/sinδ表示抗車轍能力，G*/ sinδ越大，說明瀝青材料的抗車轍能力越強(qiáng)，而在具有相同的G*時(shí)，δ越小則越好，說明材料的彈性分量大而粘性分量小，即抗車轍能力強(qiáng)［4］。由以上DSR試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在相同的試驗(yàn)溫度（60℃）下同一油源瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量G*隨著標(biāo)號(hào)增大而減小，相位角隨之δ增大，抗車轍因子G*/sinδ減小，說明瀝青材料的高溫性質(zhì)變差；而在較高溫度（70℃）下瀝青抗車轍因子隨著試驗(yàn)溫度的提高而急劇減?。煌瑫r(shí)同標(biāo)號(hào)而不同油源的瀝青抗車轍因子G*/sinδ相差比較大，這說明高溫性能和瀝青的組分密切有關(guān)，因此在評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能時(shí)，需要綜合分析瀝青材料的各項(xiàng)指標(biāo)。

2.2抗短期老化性能分析

在相同的試驗(yàn)溫度（60℃）下，六種瀝青的抗車轍指標(biāo)在RTFOT前后均產(chǎn)生了不同程度的變化，分析認(rèn)為這種變化和其抗老化性能有關(guān)，對(duì)于RTFOT后G*/sinδ變化相對(duì)較小的瀝青材料，說明其抗老化性能較強(qiáng)。因此，引進(jìn)瀝青的抗車轍因子比TR（老化后抗車轍因子/老化前抗車轍因子）來更好地說明瀝青材料的抗短期老化性能，TR越大，表明RTFOT使瀝青的G*/sinδ增大的幅度越大，其抗短期老化性能也就越差［5］。由瀝青材料RTFOT前后對(duì)比數(shù)據(jù)可知：不同油源以及相同油源而不同標(biāo)號(hào)的瀝青材料間的抗短期老化能力存在很大差異，分析認(rèn)為其一是瀝青的抗短期老化能力與瀝青自身的材料性質(zhì)有關(guān)，其二還可能與瀝青材料的儲(chǔ)存時(shí)間有關(guān)，實(shí)踐證明對(duì)于同一瀝青，儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)其抗老化能力就越差。

3　瀝青常規(guī)指標(biāo)與SHRP指標(biāo)的關(guān)系

本文將瀝青的DSR試驗(yàn)結(jié)果與其針入度指數(shù)PI、溫度敏感系數(shù)AlgPen、15℃、25℃、30℃針入度、軟化點(diǎn)R&B及當(dāng)量軟化點(diǎn)T800等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　瀝青常規(guī)指標(biāo)與SHRP指標(biāo)的比較

3.1高溫穩(wěn)定性對(duì)比

我國(guó)瀝青常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)用溫度敏感性系數(shù)AlgPen、針入度指數(shù)PI來表征瀝青的感溫性，采用軟化點(diǎn)R&B、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800來表征瀝青的高溫性能。分析認(rèn)為：常規(guī)指標(biāo)中針入度指數(shù)PI、溫度敏感性系數(shù)AlgPen、軟化點(diǎn)R&B、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800與SHRP試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的60℃的抗車轍因子G*/sinδ間不存在明顯的相關(guān)關(guān)系，而對(duì)于同一油源不同標(biāo)號(hào)的瀝青在不同溫度（15℃、25℃、30℃）下的針入度值與60℃的抗車轍因子G*/ sinδ存在較好的相關(guān)關(guān)系。

針入度的試驗(yàn)溫度一般為15℃～30℃（或5℃～30℃），瀝青材料的感溫性是由不同溫度下的針入度值回歸得出的，因此瀝青材料的感溫性和該溫度范圍內(nèi)瀝青的針入度值有很大的關(guān)系，因此在評(píng)價(jià)瀝青的溫度敏感性時(shí)需要指明溫度范圍，在不同的溫度范圍內(nèi)同一瀝青的溫度敏感性也不相同。

3.2抗短期老化性能對(duì)比

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出SHRP指標(biāo)與我國(guó)的瀝青指標(biāo)體系得到的抗短期老化性能相關(guān)性不是很明顯，說明工程實(shí)際中若僅憑RTFOT后殘留針入度比較小就認(rèn)為該瀝青材料過于稠硬而抗老化性能差，或者僅憑RTFOT后其25℃針入度較小就認(rèn)為其高溫穩(wěn)定性好，都是不妥的。用針入度及相應(yīng)的RTFOT后殘留針入度比作為瀝青抗短期老化性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有很大偏頗之處。

4　結(jié)論

綜合DSR測(cè)試結(jié)果可以得出，抗車轍因子G*/sinδ可以很好地評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能及抗短期老化性能，而常規(guī)指標(biāo)的針入度指數(shù)PI、溫度敏感性系數(shù)AlgPen、軟化點(diǎn)R&B、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800與抗車轍因子間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，且在實(shí)際應(yīng)用中有些偏頗，SHRP指標(biāo)與我國(guó)的瀝青指標(biāo)作為不同的指標(biāo)體系，實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)有所借鑒，將瀝青性質(zhì)與瀝青的路用性能成功地結(jié)合起來才能更好得綜合反映瀝青的路用性能。

［1］ 張德勤.石油瀝青的生產(chǎn)與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2001，7.

［2］ 何演.瀝青結(jié)合料力學(xué)特性研究［D］.重慶交通學(xué)院，2005.

［3］ 馬峰等.美國(guó)生物瀝青混合料路用性能的研究與應(yīng)用［J］.公路，2015（3）:168-172.

［4］ 陳靜云，趙慧敏.用SHRP方法評(píng)價(jià)再生瀝青性能［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，1（51）:68-72.

［5］ 鄒桂連等，應(yīng)用DSR評(píng)價(jià)瀝青膠漿路用性能的研究［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，34（3）:112-115.

U414

A

1003-5168（2015）11-076-02

趙曉康（1987-），男，碩士.助理工程師，研究方向：道路路面材料。