瀝青材料的黏聚力研究

譚由容

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

對(duì)于常規(guī)路面，水損壞是目前普遍存在的問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到路面的使用性能。一般認(rèn)為瀝青面層的水損害是由瀝青與集料的粘附力的損失和瀝青粘聚力的損失造成的[1-2]。排水瀝青路面作為當(dāng)下最常見的環(huán)保型路面，要求瀝青材料由足夠的黏聚力來對(duì)抗水損害作用。

目前對(duì)瀝青粘聚力的評(píng)價(jià)方法主要有測力延度法、拉伸法以及原子力顯微鏡法等。陳平，黃曉明，李丹[3]提出了基質(zhì)瀝青和改性瀝青的測力延度評(píng)價(jià)指標(biāo)。周燕等[4]對(duì)不同改性瀝青進(jìn)行了測力延度試驗(yàn)，驗(yàn)證了拉伸柔度評(píng)價(jià)改性瀝青低溫性能的合理性。馬曉燕等[5]應(yīng)用DSR 直接拉伸試驗(yàn)研究了不同瀝青的高溫粘聚性；王端宜，王鵬[6]采用改裝的拉拔試驗(yàn)方法，以拉拔力損失率和剝落率對(duì)瀝青的黏聚力進(jìn)行評(píng)價(jià)。Taha A.Ahmed 等[7]介紹了一種新型粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)裝置（ABS） 試驗(yàn)方法的可行性。

1 瀝青性能指標(biāo)

本研究采用的瀝青材料為埃索70#基質(zhì)瀝青，SBS 改性瀝青，一種工程用高黏改性瀝青（簡稱高黏瀝青） 和實(shí)驗(yàn)室自制高黏度改性瀝青（簡稱自制瀝青），四種瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2 粘結(jié)力沖擊擺試驗(yàn)

采用粘結(jié)力沖擊擺對(duì)瀝青的粘結(jié)力進(jìn)行測試。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用動(dòng)能原理，根據(jù)已測得峰值角度，計(jì)算得到瀝青的黏聚力。其計(jì)算公式如下：

式中，C 為瀝青材料的黏聚力；E 為擺錘的角度為擺錘的第一峰值角度時(shí)擺錘的能量；E′為擺錘的角度為擺錘的第二峰值角度α′時(shí)擺錘的能量；S 為瀝青材料的涂抹面積；M 為擺錘的質(zhì)量；g 為重力加速度；r 為擺錘重心半徑；

根據(jù)公式1，計(jì)算得到不同瀝青材料在不同溫度下的黏聚力，結(jié)果如表1 所示。

?

不管是老化前或老化后，粘聚力均是隨著溫度的升高而增加。用此粘結(jié)力測試沖擊擺測得的黏聚力C 可以一定程度上體現(xiàn)出瀝青的黏聚力，更多的還是反應(yīng)了瀝青在不同溫度下的抗剪切能力?？傮w來看，與基質(zhì)瀝青相比，改性瀝青的黏聚力明顯增加，且自制瀝青的黏聚力在老化前后都表現(xiàn)較為平穩(wěn)，這是由于在自制瀝青中的熱塑性彈性體TPE 材料低溫柔性好，為改性瀝青提供了低溫時(shí)更好的抵抗變形的能力。

3 測力延度試驗(yàn)

測力延度試驗(yàn)（FDT） 是將瀝青置于恒溫水中用恒定速度拉伸以測量產(chǎn)生的力，并由此得出材料的內(nèi)聚力[8]。由于溫度對(duì)瀝青延度的影響較大，因此要求溫度控制系統(tǒng)盡量精確。本文采用和延度試驗(yàn)相同的八字模，試件的制作成型與普通延度試驗(yàn)相同，在5℃恒溫水并以5cm/min 的拉伸速度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束自動(dòng)采集相關(guān)信息，包括荷載、延度數(shù)據(jù)等。

3.1 試驗(yàn)指標(biāo)

常用的FDT 指標(biāo)有：峰值力、拉伸柔度、屈服應(yīng)變能、瀝青當(dāng)量勁度、 改性瀝青當(dāng)量勁度、粘韌性面積、粘彈比等。以下分別論述。

（1） 峰值力Fmax：拉伸過程中出現(xiàn)的曲線的峰值力。

（2） 拉伸柔度f：指峰值力Fmax與其對(duì)應(yīng)的延度DFmax之

比值；

（3） 屈服應(yīng)變能E：即拉伸瀝青試樣所做的功，指峰值力Fmax與其對(duì)應(yīng)的延度DFmax之積；

（4） 基質(zhì)瀝青當(dāng)勁度Sa：2～8mm 延度內(nèi)力、延度數(shù)據(jù)線性回歸（R2>0.9） 后的直線斜率。

（5） 改性瀝青當(dāng)量勁度Sm 對(duì)應(yīng)于下降段B C 的斜率，計(jì)算方法同Sa，

（6） 粘彈比RV/E：計(jì)算公式

式中，SV-由OABC 曲線、直線段CF、OF 圍成的面積；SE- 曲線CD E 與直線段CF、FG、GE 所圍面積。

（7） 粘韌性面積S：測力延度曲線與X 軸所圍成區(qū)域的面積( 延度在1. 2m 內(nèi)的面積) 。

（8） 斷裂拉力Fend：瀝青試樣斷裂時(shí)的拉力值。

3.2 結(jié)果分析

通過對(duì)力和延度的曲線分析，可以進(jìn)一步了解改性瀝青的力學(xué)特性。瀝青材料的性能不同，反映在測力延度試驗(yàn)的最大力、延度、功、屈服應(yīng)變能等都有較大差異。

本文以峰值力 表征瀝青材料的內(nèi)聚力，以Fc 表示，F(xiàn)c=Fmax。Fc 值越大，內(nèi)聚力越大，瀝青粘聚性越好。本文最所制備的改性瀝青的測力延度指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比和計(jì)算，其數(shù)值見表2。

表2 中拉伸柔度f 大小為：SBS 改性瀝青＜高黏瀝青＜自制瀝青。屈服應(yīng)變能、粘韌性面積S、Sa 和Sm 的大小均為：SBS 改性瀝青＜自制瀝青＜高黏瀝青，且高黏瀝青和自制瀝青的這幾個(gè)指標(biāo)數(shù)值非常接近。S 表示粘韌性面積，同時(shí)也代表了拉斷功，即瀝青從外力拉伸開始到試件斷裂，外力對(duì)瀝青所做的功，拉斷功包括瀝青變形過程中彈性應(yīng)變能與塑性應(yīng)變能，可以全面反映瀝青從拉伸開始到斷裂前瀝青吸收能量的能力。改性瀝青粘彈比反映改性瀝青在拉伸破壞過程中塑性變形吸收的能量與彈性變形吸收能量的比值，表中SBS改性瀝青＞自制瀝青＞高黏瀝青，高黏瀝青和自制瀝青的粘彈比也非常接近。

表2 不同改性瀝青的測力延度參數(shù)對(duì)比

4 結(jié)語

不同改性瀝青測力延度試驗(yàn)表明，自制瀝青的拉伸長度大于高黏瀝青，說明在低溫環(huán)境下，自制瀝青具有更為良好的延展性能。不同瀝青的粘結(jié)力沖擊擺試驗(yàn)表明，不管是老

化前或老化后，粘聚力均是隨著溫度的升高而增加。