瀝青道路材料指標性能分析

喬相榮，包賢珍，鞏舜妹，楊祥一

（1深圳市綜合交通設(shè)計研究院有限公司，廣東深圳 518000；2宿州學院，安徽宿州234000）

改革開放后我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，同時帶動了我國交通事業(yè)的發(fā)展，并將該事業(yè)作為國家經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略重點之一[1]。高速公路的快速發(fā)展，彌補了起步晚的劣勢，1988年底通車的滬嘉高速公路，是國內(nèi)先例?！笆濉逼陂g，國內(nèi)建成高速公路總里程數(shù)達到2.47萬公里，到2011年年底，通車的高速公路里程數(shù)達到8萬公里以上，僅次于美國，排位世界第二位。瀝青路面的主要材料是道路瀝青，其路面的使用性能和壽命跟瀝青性能指標和瀝青混合料的質(zhì)量有很大關(guān)聯(lián)[2]。瀝青材料不同的性能，會直接導(dǎo)致道路路面的利弊表現(xiàn)，比如：冬天氣溫太低路面開裂、夏天溫度高泛油發(fā)軟、雨季坑槽等現(xiàn)象[3]。瀝青材料的感溫性能分別對高溫和低溫的要求，其PI、PVN、CI三個指標的變化趨勢幾乎沒有差別，我國采用的環(huán)與球法是研究瀝青材料軟化點的普遍方法[4]；其老化性能的研究又分短期老化以及長期老化兩個階段。本文在國內(nèi)外對瀝青材料性能的研究成果之上，結(jié)合國內(nèi)的瀝青材料的特點，通過對不同種類的瀝青的性能進行研究，并綜合評價分析，為以后評判瀝青材料的性能方法做更好的鋪墊。

1 道路瀝青的性能指標及試驗方法

為了有針對性地區(qū)別不同道路瀝青性能的優(yōu)良以及完全準確地表示瀝青的路用性能，我國推薦使用針入度指數(shù)PI、軟化點等指標對瀝青性能進行綜合性的評價，而歐美等國家也加入其他的指標評價瀝青的性能。

1.1 瀝青指標性能

本文將對瀝青感溫性能研究、瀝青的高溫和低溫性能研究、彈性回復(fù)性能研究、老化性能研究進行簡單的介紹。感溫性能研究中具有針對性的性能指標針入度指數(shù)PI，其能更好地反應(yīng)瀝青的感溫度[5-8]。PI值的大小由針入度值和溫度的對數(shù)關(guān)系確定，如公式（1）所示：

式（1）中：T1、T2表示的是兩個不同的試驗溫度（℃）；PT1、PT2分別為這兩個溫度下測得的針入度（0.1mm）。

PI值越大，表示瀝青材料的感溫度越低。瀝青的高溫性能指標有軟化點和60℃粘度，其中軟化點定義為針入度為800時的軟化點，其表達式如公式（2）所示：

低溫性能指標通常采用延度、脆點以及當量脆點表示；瀝青的彈性性能由彈性回復(fù)率表達，其表達式如公式（3）所示，

式（3）中，X表示實驗材料的殘留長度。

瀝青的老化性能直接決定了瀝青路面的使用年限，其在材料的運輸、貯存、鋪筑以及使用過程中都會產(chǎn)生一定程度的老化現(xiàn)象[9-12]。

1.2 瀝青性能試驗方法

瀝青材料的高溫性能試驗通常采用傳統(tǒng)的實測軟化點實驗外，還有當量軟化點、60℃粘度以及針入度指數(shù)PI試驗等[13]。瀝青低溫性能的試驗研究大致分為傳統(tǒng)方法和以瀝青性能等級為指導(dǎo)的兩種方法。分別有針入度試驗、脆點試驗和低溫直接拉伸試驗以及小梁彎曲蠕變試驗等[14]。

瀝青老化又分為短期老化和長期老化兩種過程，因?qū)嶒炦^程不同，其研究老化方法也不同[15]。短期老化的試驗方法此前采用的是國際通用的瀝青蒸發(fā)前后損失量試驗（LOH），目前所采用的是薄膜烘箱（TFOT）方法，該方法是通過采用老化前后的指標變化程度來描述瀝青材料的老化程度，我國目前也采用此種方法（163℃，5h）；長期老化的試驗方法早期是通過模擬自然環(huán)境條件下的老化程度，目前采用壓力容器下的PAV以模擬瀝青材料在真實的使用環(huán)境中使用5年的變化[16]。

2 瀝青道路材料綜合性能分析

本文采用四種基本材料的瀝青，分別為中海、鎮(zhèn)海、盤錦、殼牌，其標號為70#。建設(shè)高速路面時，采用的瀝青材料通常面臨不同指標對比之間的差異，以及采用的標準，選取瀝青材料優(yōu)良直接關(guān)系道路的質(zhì)量以及使用壽命問題。因此本文也將提出一種綜合的分析方法，將不同的指標配比上不同的權(quán)重質(zhì)量比，最后得出一個總分，依據(jù)總分的高低來判斷瀝青材料性能的好壞。

在此次綜合性能分析中，所采用的性能指標為針入度指數(shù)PI（感溫性能指標）、軟化點（高溫性能指標）、延度（低溫性能指標）以及瀝青材料老化后的質(zhì)量變化（老化性能指標）。本實驗中，依據(jù)1-3區(qū)的氣溫為例，氣溫特點為夏季非常炎熱，冬天不太冷，溫度跨度不大，最高氣溫沒有達到瀝青老化的溫度臨界點。本文依據(jù)氣候特點將實驗中采用的四種指標的權(quán)重比分別設(shè)置為25%、30%、20%以及25%。

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），基礎(chǔ)材質(zhì)的瀝青材料的針入度指數(shù)PI的標準范圍為-1.5～+1.0。當數(shù)值為零時，瀝青的感溫性能處于最佳的狀態(tài)，針入度指數(shù)為1.5時，其性能分值距離0最遠，分數(shù)指定為60；針入度指數(shù)為零時，分數(shù)指定為100；針入度指數(shù)為+1時，分數(shù)指定為73，根據(jù)針入度指數(shù)得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青的得分情況，其分值見表1。

表1 基礎(chǔ)材料瀝青的感溫性能分值表Table 1 Table of temperature-sensitive performance scores of base material asphalt

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），基礎(chǔ)材質(zhì)的瀝青材料的軟化點（高溫性能指標）的標準范圍為大于等于46。根據(jù)瀝青材料的軟化值越大，其高溫性能越好的特點，制定當軟化點為46時，分值規(guī)定為60，軟化點的最高點規(guī)定的分值為100。根據(jù)軟化點的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青的得分情況，其分值見表2。

表2 基礎(chǔ)材料瀝青的軟化點（高溫性能）分值表Table 2 Softening point of base material asphalt (high temperature performance) score table

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），基礎(chǔ)材質(zhì)的瀝青材料的延度（低溫性能指標）的標準范圍大于等于100。根據(jù)瀝青材料的延度值越大，其瀝青材料的低溫抗裂性能越好的特點，制定當瀝青材料延度值為100時，分值規(guī)定為60，延度值達到最高的臨界點時，分值規(guī)定為100。根據(jù)延度值的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青材料的得分情況，其分值見表3。

表3 基礎(chǔ)材料瀝青的延度值（低溫性能）分值表Table 3 Ductility value of base material asphalt (low temperature performance) score table

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），基礎(chǔ)材質(zhì)的瀝青材料老化以后的質(zhì)量變化百分比的范圍是大于等于0.5，根據(jù)老化后質(zhì)量百分比變化越小，其瀝青材料的性能越好的特點，制定當瀝青老化質(zhì)量變化百分比為0時，分值規(guī)定為100，百分比變化幅度為0.5時，分值規(guī)定為60。根據(jù)老化后質(zhì)量百分比變化的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青材料的得分情況，其分值見表4。

表4 基礎(chǔ)材料瀝青的老化性能分值表Table 4 Aging performance score of base material asphalt

3 改性瀝青道路材料綜合性能分析

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），SBS改性瀝青材料的針入度指數(shù)PI的標準為大于等于-0.4。當數(shù)值為零時，瀝青的感溫性能處于最佳的狀態(tài)，針入度指數(shù)為-0.4時，分數(shù)指定為60；針入度指數(shù)為零時，分數(shù)指定為100；針入度指數(shù)為2時，分數(shù)指定為60，根據(jù)針入度指數(shù)得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青的得分情況，其分值見表5。

表5 改性瀝青材料的感溫性能分值表Table 5 Temperature performance score table of modified asphalt material

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），改性瀝青材料的軟化點（高溫性能指標）的標準范圍為大于等于55。根據(jù)瀝青材料的軟化值越大，其高溫性能越好的特點，制定當軟化點為55時，分值規(guī)定為60，軟化點的最高點規(guī)定的分值為100。根據(jù)軟化點的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青的得分情況，其分值見表6。

表6 改性瀝青的軟化點（高溫性能）分值表Table 6 Softening point of modified asphalt (high temperature performance) score table

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），改性瀝青材料的延度（低溫性能指標）的標準范圍大于等于30。根據(jù)瀝青材料的延度值越大，其瀝青材料的低溫抗裂性能越好的特點，制定當瀝青材料延度值為30時，分值規(guī)定為60，延度值達到最高的臨界點時，分值規(guī)定為100。根據(jù)延度值的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青材料的得分情況，其分值見表7。

表7 改性瀝青的延度值（低溫性能）分值表Table 7 Ductility value of modified asphalt (low temperature performance) score table

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004），改性瀝青材料老化以后的質(zhì)量變化百分比的范圍是大于等于0.6，根據(jù)老化后質(zhì)量百分比變化越小，其瀝青材料的性能越好的特點，制定當瀝青老化質(zhì)量變化百分比為0時，分值規(guī)定為100，百分比變化幅度為±0.6時，分值規(guī)定為60。根據(jù)老化后質(zhì)量百分比變化的得分標準可以計算出本實驗中4種瀝青材料的得分情況，其分值見表8。

表8 改性瀝青的老化性能分值表Table 8 Score table of aging performance of modified asphalt

4 基質(zhì)瀝青和改性瀝青材料綜合分析結(jié)果

依據(jù)公式(4)，計算瀝青材料的綜合性能得分，可以得到本實驗中所選取的4種瀝青材料和改性瀝青材料的綜合性能分值。其結(jié)果見表9。

瀝青材料綜合性能分值(s)=Σ瀝青材料的每一項指標分值×相應(yīng)的權(quán)重比例(k) (4)

表9 4種基礎(chǔ)材質(zhì)瀝青和改性瀝青的綜合性能分值表Table 9 Table of comprehensive performance scores of four basic materials asphalt and modified asphalt

依據(jù)綜合得分分值越高，其瀝青材料的綜合性能越好，由表9可以看出，這4種基礎(chǔ)材料瀝青中，盤錦瀝青材料綜合性能最高，中海瀝青材料綜合性能最差；而這四種改性瀝青材料中，殼牌的綜合性能最高，盤錦的綜合性能最差；同時也可以得出改性前和改性后的瀝青材料的綜合性能優(yōu)劣情況，從而得出是否選擇改性的瀝青材料。

5 結(jié)論

瀝青材料的性能可以通過單一的性能指標進行評價，也可以通過幾個性能指標的不同組合進行評價，工程用料的瀝青材料的選擇往往會面對瀝青選擇的難題，因此可以采用本文提出的綜合性能評價方法進行選擇?？梢愿鶕?jù)不同的氣候地區(qū)制定不同的權(quán)重比例進行計算，這種方法不僅可以判斷不同品牌、不同材料的瀝青材料的性能，也可以同時判斷同一種瀝青材料的改性后的材料性能，從而選擇出更適合當?shù)氐臑r青材料，使得高速路面的質(zhì)量更好，使用壽命更長。