干濕條件下瀝青自愈合性能評(píng)價(jià)與機(jī)理分析

周 璐，黃衛(wèi)東，呂 泉

(同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

道路瀝青與集料的黏結(jié)性能是決定瀝青路面抗松散剝落、耐久性的決定性指標(biāo)之一.工程經(jīng)驗(yàn)表明，瀝青路面紅綠燈路口停車(chē)處等與車(chē)輛輪胎摩擦較多的區(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)掉粒、松散等路面病害[1].此外，“水損害”也是誘發(fā)路表松散、坑洞坑槽的一大外因.在高速行車(chē)的作用下，路表會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)水壓力，導(dǎo)致路表水進(jìn)入路面孔隙中，水進(jìn)入后，會(huì)存積于面層各層底部的空隙中.重型車(chē)轍荷載的重復(fù)作用會(huì)使空隙中的水產(chǎn)生重復(fù)的空隙水壓力，瀝青-集料的黏結(jié)作用逐漸難以抵抗這種重復(fù)水壓力的作用，會(huì)首先在集料的尖角等一些黏結(jié)力較薄弱的部位發(fā)生剝落.剝落一旦發(fā)生，水分會(huì)更容易沿著瀝青- 集料的剝落面滲入，最終促使瀝青從集料顆粒表面大面積剝離.

但瀝青-集料的黏結(jié)能力并不是一次性的，在合適的溫度與壓力下，處于相互脫離狀態(tài)的瀝青-集料會(huì)產(chǎn)生自愈合行為，使其黏結(jié)力得到一定程度的恢復(fù).目前普遍認(rèn)為，瀝青自愈合行為的產(chǎn)生是基于表面能理論[2]和界面潤(rùn)濕與擴(kuò)散理論[3-4]，瀝青-集料界面或?yàn)r青本身產(chǎn)生的微裂縫處的瀝青分子，在裂縫界面分子間范德華力與氫鍵形成的化學(xué)吸附作用力的驅(qū)動(dòng)下，為降低表面能，會(huì)逐漸自發(fā)擴(kuò)散，產(chǎn)生對(duì)集料界面的浸潤(rùn)與吸附，從而彌合瀝青間的微裂縫及瀝青-集料界面間的間隙.因此，探索道路瀝青的自愈合形成機(jī)理與影響因素，以合適的方式提高瀝青路面的自愈合水平，從而改善道路的疲勞開(kāi)裂狀況，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命.

目前可以將研究瀝青材料自愈合性能的試驗(yàn)分為2類(lèi)：基于疲勞的自愈合試驗(yàn)(DSR瀝青疲勞試驗(yàn)[5]、兩點(diǎn)彎曲試疲勞試驗(yàn)、四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)與間接拉伸試驗(yàn)[6]等)與基于斷裂的自愈合試驗(yàn)(半圓彎拉試驗(yàn)[7]、基于DSR試驗(yàn)儀的兩板法愈合試驗(yàn)[8]).García[9]利用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)探究了瀝青砂漿的自愈合性能，并將初始開(kāi)裂荷載與愈合后的開(kāi)裂荷載比值定義為愈合率.Gaskin[10]利用DSR試驗(yàn)探究了壓力對(duì)于自愈合過(guò)程的影響.Bonnaure[11]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)擁有較低軟化點(diǎn)的瀝青具有更好的自愈合性能.Carpenter等[12]發(fā)現(xiàn)改性劑會(huì)對(duì)瀝青的自愈合性能有顯著影響.Bahia等[13]對(duì)比了2種基質(zhì)瀝青與6種改性瀝青，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)塑性體與彈性體改性劑改性的瀝青會(huì)表現(xiàn)出更為優(yōu)異的自愈合性能.綜合看來(lái)，關(guān)于瀝青材料的自愈合性能研究，多集中在針對(duì)瀝青自身流變性能在一定損傷-愈合循環(huán)后的變化進(jìn)行分析，而針對(duì)較為直觀的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行的破壞-愈合研究則較少.近年來(lái)，一種可用于直接測(cè)量瀝青-集料黏結(jié)強(qiáng)度的拉拔(BBS)試驗(yàn)，逐漸發(fā)展為評(píng)價(jià)瀝青材料黏結(jié)性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，被納入AASHTO TP-91《Standard Method of Test for Determining Asphalt Binder Bond Strength by Means of the Binder Bond Strength(BBS) Test》中.與其他測(cè)試瀝青黏結(jié)性能的試驗(yàn)(如間接拉伸試驗(yàn)[14-15]、基于DSR試驗(yàn)儀的兩板法試驗(yàn)等)相比，拉拔試驗(yàn)具有直觀、簡(jiǎn)便與快速測(cè)量的特性，在瀝青材料行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[16-20].

本文基于瀝青的黏結(jié)作用，利用拉拔試驗(yàn)，對(duì)5種改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能進(jìn)行了干燥、潮濕2種狀態(tài)下的多次破壞-自愈合試驗(yàn)研究，并采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對(duì)不同愈合時(shí)間下的瀝青進(jìn)行分析，探究瀝青的自愈合能力與微觀分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系.

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

瀝青為ESSO 70#基質(zhì)瀝青(BA)；5種改性瀝青分別為線型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性瀝青(LSBS-MA)、橡膠(CR)瀝青改性瀝青(CR-MA)、TB膠粉改性瀝青(TBRA)、高密度聚乙烯(HDPE)改性瀝青(HDPE-MA)以及巖瀝青(G)改性瀝青(G-MA).線型SBS改性瀝青不是完全均質(zhì)的材料，隨著貯存時(shí)間的增長(zhǎng)，其會(huì)在基質(zhì)瀝青中發(fā)生離析，實(shí)際應(yīng)用中通常會(huì)向線型SBS改性瀝青中加入少量硫磺(S)作為穩(wěn)定劑以減少離析，因此，本文也研究了硫磺摻量(1)文中涉及的摻量均為質(zhì)量比.對(duì)線型SBS改性瀝青性能的影響；橡膠瀝青所用橡膠顆粒直徑為600μm；TB膠粉改性瀝青所用膠粉直徑為125μm；巖瀝青為伊朗巖瀝青，性能指標(biāo)符合規(guī)范要求，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1.

表1 巖瀝青性能指標(biāo)

瀝青配方及其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2.表2中：LSBS-S0.15-MA表示硫磺摻量為0.15%的線型SBS改性瀝青，LSBS4.50-S-MA表示線型SBS摻量為4.50%的含硫磺線型SBS改性瀝青(LSBS-S-MA)；對(duì)于LSBS-S0.15-MA，線型SBS摻量為變量，對(duì)于LSBS4.50-S-MA，硫磺摻量為變量；改性瀝青中，除了橡膠與TB膠粉的摻量為內(nèi)摻，其余改性劑摻量均為外摻.拉拔試驗(yàn)所用的石板為易于購(gòu)買(mǎi)且貼近工程實(shí)際的玄武巖，統(tǒng)一由工廠切割成10cm×10cm×1cm的石板，并對(duì)表面進(jìn)行5～7mm砂輪拋光打磨.

表2 瀝青配方及其技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1拉拔試驗(yàn)

用拉拔試驗(yàn)評(píng)價(jià)黏結(jié)材料的表面黏結(jié)強(qiáng)度.先利用拔頭控制瀝青膜厚度，使其形成瀝青-石板結(jié)合體試件，再利用拉拔儀對(duì)拔頭進(jìn)行垂直拉拔，得到瀝青-石板的黏結(jié)強(qiáng)度.為了測(cè)試瀝青的自愈合性能，將拉拔試驗(yàn)后的拔頭按原位放回至石板上，并施加以恒定壓力荷載促進(jìn)其愈合.愈合試驗(yàn)中將試件分為干燥與潮濕2組，干燥組試件置于40℃恒溫箱中干燥養(yǎng)護(hù)，以模擬夏季路面的平均溫度；潮濕組試件置于25℃恒溫水浴箱中水浴養(yǎng)護(hù)，以模擬降水條件下瀝青路面所處的環(huán)境.2組愈合試件在經(jīng)過(guò)12h的養(yǎng)護(hù)(1次破壞-愈合循環(huán))后，再次進(jìn)行拉拔試驗(yàn).瀝青-石板樣本每組試驗(yàn)有3個(gè)平行數(shù)據(jù)，共進(jìn)行5次破壞-愈合循環(huán)，結(jié)果取3個(gè)平行數(shù)據(jù)的平均值.

將拉拔儀顯示數(shù)據(jù)拉拔強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)瀝青黏結(jié)性能的指標(biāo).為了評(píng)價(jià)瀝青在干燥與潮濕狀態(tài)下的自愈合能力，將破壞-愈合循環(huán)后的試件進(jìn)行再次拉拔試驗(yàn)，得到其愈合拉拔強(qiáng)度(POTS).將愈合拉拔強(qiáng)度與初始拉拔強(qiáng)度的比值稱(chēng)為愈合率(HR),將其作為評(píng)價(jià)瀝青自愈合性能的指標(biāo).

(1)

式中：HRi為第i輪愈合后的愈合率；POTSi為第i輪愈合后的拉拔強(qiáng)度，MPa；POTSinitial為初始拉拔強(qiáng)度，MPa.

1.2.2傅里葉變換紅外光譜(FTIR)試驗(yàn)

利用FTIR研究瀝青的自愈合性能與集料對(duì)瀝青中含短支鏈的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的選擇性吸附特性之間的關(guān)系，選用亞甲基與甲基的碳?xì)浔?MMHC)這一指標(biāo)來(lái)描述瀝青中長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)包含的分支數(shù)目[21]，較低的MMHC值表明該長(zhǎng)鏈上的支鏈數(shù)目較少，分子具有較好的流動(dòng)性，因此瀝青會(huì)展現(xiàn)出較優(yōu)的愈合潛力[22].MMHC為亞甲基與甲基的氫原子數(shù)目n(H)之和與亞甲基與甲基的碳原子數(shù)目n(C)之和的比值：

(2)

式中：n(H—CH3)、n(H—CH2)、n(C—CH3)、n(C—CH2)分別為—CH3、—CH2中氫、碳原子數(shù)；A1 380為—CH3的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)(1365～1385cm-1)區(qū)域面積；A2 920為—CH2的反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)(2916～2936cm-1)區(qū)域面積；5、7、14、15分別為官能團(tuán)原子質(zhì)量對(duì)氫原子和碳原子的修正常數(shù).

設(shè)置愈合時(shí)長(zhǎng)t=1、2、4、8、12、24、48、96h，分別刮取拉拔試驗(yàn)中經(jīng)過(guò)破壞-愈合-再次破壞后的石板上的殘留瀝青膜，采用德國(guó)Bruker科研級(jí)TENSOR傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)瀝青樣品進(jìn)行光譜掃描采樣分析，每組試件進(jìn)行4次平行測(cè)試，結(jié)果取平均值.在FTIR試驗(yàn)中，只進(jìn)行1次破壞-愈合-再次破壞的過(guò)程，因?yàn)槎啻喂稳r青會(huì)損壞瀝青與石板之間的愈合過(guò)程.

2 結(jié)果與分析

2.1 拉拔試驗(yàn)

利用拉拔試驗(yàn)對(duì)干燥與潮濕條件下5種不同改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，共進(jìn)行5次破壞-愈合循環(huán)，即1次初次拉拔后，再進(jìn)行5次愈合-再破壞試驗(yàn).圖2～圖6為干燥與潮濕條件下不同改性瀝青在不同摻量下的瀝青黏結(jié)及自愈合性能.由于數(shù)據(jù)較多，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，圖中省去了第2至第4次愈合率，只將第1次與第5次的愈合率展示于圖中，本研究中拉拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均小于20%.

2.1.1線型SBS改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能

不同線型SBS摻量的線型SBS改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能見(jiàn)圖1.由圖1可見(jiàn)：

圖1 不同線性SBS摻量的線型SBS改性瀝青黏結(jié)與自愈合性能Fig.1 Bond and self-healing properties of LSBS-S0.15-MA with different LSBS contents

(1)線型SBS改性瀝青的拉拔強(qiáng)度與愈合率均低于基質(zhì)瀝青，這說(shuō)明線型SBS改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青的黏結(jié)與自愈合性能有不利影響.這可能是由于線型SBS的加入，一方面使瀝青內(nèi)部產(chǎn)生了不同程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，瀝青不容易被石板表面的小孔隙所吸附，造成瀝青的黏結(jié)能力下降；另一方面，線型SBS提高了瀝青的黏度，在相同愈合溫度下，線型SBS改性瀝青的流動(dòng)性能更差，因此在破壞后的愈合過(guò)程中，線型SBS改性瀝青與石板難以產(chǎn)生較為完全的重新黏結(jié)，表現(xiàn)出較低的愈合率.

(2)潮濕組試件破壞后自愈合性能明顯低于干燥組.這是由于：一方面，干燥組的愈合養(yǎng)護(hù)溫度為40℃，潮濕組為25℃，溫度較高的情況下，瀝青具有較好的流動(dòng)性，因此自愈合性能更強(qiáng)；另一方面，在潮濕養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下，水分會(huì)逐漸侵入到瀝青-石板界面的微裂縫中，阻擋了瀝青與石板的重新黏結(jié)，長(zhǎng)時(shí)間潮濕條件下，水分甚至還會(huì)“替換”部分瀝青膜，造成瀝青膜的損失，削弱試件的黏結(jié)性能.

(3)干燥愈合條件下，線型SBS改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，線型SBS摻量為3.0%時(shí)，其黏結(jié)性能與自愈合性能最佳，因此確定3.0%為干燥愈合條件下線型SBS改性瀝青中線型SBS的最佳摻量；潮濕愈合條件下，線型SBS的摻量越高，則瀝青的愈合率越低.

含有不同摻量硫磺穩(wěn)定劑的LSBS4.50-S-MA的黏結(jié)與自愈合性能見(jiàn)圖2.由圖2可見(jiàn)：不同摻量硫磺穩(wěn)定劑對(duì)LSBS4.50-S-MA在干燥和潮濕愈合條件下的黏結(jié)與自愈合性能的影響趨勢(shì)一致；硫磺穩(wěn)定劑的摻入會(huì)降低LSBS4.50-S-MA的黏結(jié)與自愈合性能，且隨著摻量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)；0.15%是硫磺穩(wěn)定劑的最佳摻量，該摻量與工程中常用的摻量一致.作為穩(wěn)定劑，硫磺可以提升瀝青、SBS分子之間的網(wǎng)格強(qiáng)度最終形成一個(gè)穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同時(shí)也降低了瀝青的流動(dòng)性，提高了瀝青黏度，影響瀝青充分裹附、浸潤(rùn)集料表面，而過(guò)量的硫磺會(huì)引發(fā)瀝青中過(guò)度的交聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致SBS改性瀝青有向凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，這解釋了為何過(guò)多的穩(wěn)定劑會(huì)降低線型SBS改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能.

圖2 不同硫磺穩(wěn)定劑摻量的LSBS4.5-0-S-MA的黏結(jié)與自愈合性能Fig.2 Bond and self-healing properties of LSBS4.50-S-MA with different sulfur contents

2.1.2橡膠改性瀝青與TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能

橡膠改性瀝青與TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能見(jiàn)圖3、4.由圖3可見(jiàn)：(1)干燥條件下，隨著橡膠摻量的提高，瀝青的拉拔強(qiáng)度下降，其愈合率先上升后下降.這是由于瀝青與集料之間的黏結(jié)性能受到瀝青中膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量的影響，橡膠顆粒在瀝青中可能會(huì)由于粒徑較大的原因?qū)е缕浒l(fā)育溶脹不完全，對(duì)瀝青中膠質(zhì)含量的提升并不顯著，同時(shí)橡膠顆粒本身并不具有黏結(jié)性，無(wú)法在改性瀝青中提供除基質(zhì)瀝青以外的黏結(jié)性能，反而會(huì)減少瀝青與集料石板間的黏結(jié)接觸面積，造成了在拉拔試驗(yàn)中的拉拔強(qiáng)度低于基質(zhì)瀝青這一現(xiàn)象.(2)潮濕條件下，橡膠改性瀝青的自愈合性能隨橡膠摻量提高而下降.這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是橡膠顆粒的存在導(dǎo)致瀝青表面不光滑，從而在潮濕條件下增大了水分侵入瀝青-石板界面的可能性，阻礙了瀝青的重新黏結(jié)過(guò)程.

由圖4可見(jiàn)：TB膠粉摻量為10%的TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)性能最優(yōu)，10%～15%摻量時(shí)其干燥自愈合性能最優(yōu)；在潮濕條件下，TB膠粉摻量對(duì)瀝青的自愈合性能影響不大.

從橡膠改性瀝青與TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能對(duì)比來(lái)看，2種改性劑對(duì)瀝青的黏結(jié)性能均有不利影響.值得注意的是，盡管橡膠改性瀝青中橡膠顆粒尺寸較大，但二者相比，TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)性能與自愈合性能卻更低.這一現(xiàn)象可能的原因是：由于生產(chǎn)工藝與粒徑大小的影響，橡膠改性瀝青中的橡膠顆粒無(wú)法均勻分散在瀝青中，而TB膠粉由于已經(jīng)被加工成很細(xì)的粉狀，特殊的改性工藝使得其更容易在瀝青中分散均勻，因此在相同的瀝青-集料的接觸面上TB膠粉改性瀝青中有更多的膠粉，對(duì)二者的黏附性能造成不良影響，從而造成了更低的黏結(jié)性能并對(duì)瀝青的自愈合形成更大阻礙.

圖3 橡膠改性瀝青的黏結(jié)與自愈性能Fig.3 Bond and self-healing properties of CR-MA

圖4 TB膠粉改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能Fig.4 Bond and self-healing properties of TBRA

2.1.3HDPE改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能

HDPE改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能見(jiàn)圖5.由圖5可見(jiàn)：整體上看，HDPE的加入會(huì)使瀝青的黏結(jié)性能下降，但隨著HDPE摻量從2%增加至8%，瀝青的黏結(jié)性能增大；HDPE改性瀝青具有優(yōu)異的自愈合性能，且隨著摻量的增加而上升，在HDPE摻量為8%時(shí)，其干燥條件下的愈合率甚至達(dá)到了102%，潮濕條件下的愈合率也達(dá)到了79%.HDPE改性瀝青愈合性能優(yōu)異的原因可能在于，HDPE改性劑是結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹(shù)脂，不僅含有乙烯共聚物，還含有乙烯與少量烯烴的共聚物，這些聚合物的分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所含支鏈非常少[23-24].一些研究[21-22]已經(jīng)證實(shí)這種含有較少支鏈的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)具有較好的流動(dòng)自愈合性能.

2.1.4巖瀝青改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能

巖瀝青改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能見(jiàn)圖6.由圖6可見(jiàn)：巖瀝青能夠顯著提升瀝青的黏結(jié)性能，但過(guò)高摻量(>20%)會(huì)抑制這種提升效果.巖瀝青對(duì)瀝青黏結(jié)性能提升作用的原因有以下幾點(diǎn)：(1)巖瀝青中的金屬元素與氮元素含量比一般的石油瀝青高，且氮元素都是以官能團(tuán)形式存在，這使得巖瀝青具有較強(qiáng)的浸潤(rùn)性與分子極性，分子間和分子內(nèi)的氫鍵作用、分子的締合能力大為增強(qiáng)，容易形成大分子.具體表現(xiàn)為巖瀝青改性瀝青的黏度增大，針入度降低，且在與集料的黏附性及抗剝離性能方面有很大的改善.(2)本文所采用的伊朗巖瀝青，由于長(zhǎng)期暴露在大自然中，其輕組分揮發(fā)較多，故其瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等重組分含量較多，其中，膠質(zhì)的含量較高(>26%).將其摻入基質(zhì)瀝青中，通過(guò)剪切攪拌、溶脹發(fā)育后，巖瀝青會(huì)吸附基質(zhì)瀝青的輕組分，使基質(zhì)瀝青的組分重組，從而形成相互交融的高模量瀝青體系.最終配制的巖瀝青改性瀝青的膠質(zhì)含量會(huì)比基質(zhì)瀝青提高將近30%.膠質(zhì)是瀝青中的最強(qiáng)極性組分，在瀝青的四組分中，膠質(zhì)對(duì)瀝青結(jié)合料與集料的黏附性影響最大，膠質(zhì)含量越高瀝青與集料的黏附性越好.(3)巖瀝青是石油基固體，具有與瀝青相近的化學(xué)結(jié)構(gòu)，與瀝青的相容性非常好.當(dāng)巖瀝青溶于基質(zhì)瀝青后，在高溫、剪切以及小分子的滲透作用下，會(huì)造成巖瀝青中大膠束的破裂，暴露出很多活性點(diǎn)，這些活性點(diǎn)立刻被普通瀝青中的小分子物質(zhì)所填充，結(jié)合形成半聚合作用，最終形成以巖瀝青大膠束分子為中心，普通瀝青小分子填充、包圍的新的瀝青膠體.這種膠體分子既有天然巖瀝青的硬度和耐磨性，同時(shí)也提升了瀝青的黏結(jié)性.

圖5 HDPE改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能Fig.5 Bond and self-healing properties of HDPE-MA

圖6 巖瀝青改性瀝青的黏結(jié)與自愈合性能Fig.6 Bond and self-healing properties of G-MA

綜上，巖瀝青作為改性劑，極易與基質(zhì)瀝青形成穩(wěn)定的體系，一方面能夠提高瀝青的模量，使瀝青的內(nèi)聚性能更強(qiáng)；另一方面能夠提升瀝青的極性與浸潤(rùn)性能，根據(jù)表面能理論，這使瀝青與集料接觸時(shí)，能夠形成更小的浸潤(rùn)角，使瀝青與集料形成更大的包裹接觸面，因此瀝青在集料孔隙中形成的機(jī)械“錨固”黏附力更強(qiáng).因此，巖瀝青同時(shí)從內(nèi)聚性能與黏附性能兩方面對(duì)瀝青的黏結(jié)效果進(jìn)行了改善.

此外，合適的巖瀝青摻量(≤12%)能夠改善瀝青的自愈合性能，但過(guò)量(例如24%)的巖瀝青會(huì)對(duì)瀝青的自愈合性能造成明顯削弱，尤其是在潮濕條件下，巖瀝青摻量為24%的改性瀝青幾乎沒(méi)有自愈合能力.這可能是由于巖瀝青提高了瀝青的模量，降低了其流動(dòng)性能，因此阻礙了瀝青的自愈合進(jìn)程.

2.2 FTIR試驗(yàn)結(jié)果分析

在愈合-拉拔試驗(yàn)后，刮取石板上殘留的瀝青膜作為FTIR試驗(yàn)的樣品，測(cè)試其MMHC值.破壞-愈合-再次破壞后的瀝青的MMHC值隨時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖7.

圖7 破壞-愈合-再次破壞試驗(yàn)后瀝青的MMHC值隨愈合時(shí)間的變化Fig.7 MMHC value of asphalt along healing time after destroy-heal-destroy

由圖7可見(jiàn)：石板殘留瀝青的MMHC值與愈合時(shí)間呈現(xiàn)很強(qiáng)的對(duì)數(shù)相關(guān)性(R2=0.91)；MMHC值在愈合初期會(huì)有較快的增長(zhǎng)，隨著愈合時(shí)間的延長(zhǎng)，其增長(zhǎng)速率會(huì)逐漸放慢.石板殘留瀝青的MMHC增長(zhǎng)變化可以用拉拔試驗(yàn)中石板的選擇性吸附來(lái)解釋.在瀝青愈合過(guò)程中，瀝青中含有較少支鏈的分子結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸被石板的開(kāi)口孔隙選擇性吸附，從而導(dǎo)致石板上的殘留瀝青膜中的這類(lèi)長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)數(shù)量會(huì)相對(duì)減少，因此，隨著愈合時(shí)間從1h增加至 96h，從石板上刮取的殘留瀝青中越來(lái)越多的含較少支鏈的分子結(jié)構(gòu)被石板吸附，因此MMHC值也在逐漸增長(zhǎng).

為了進(jìn)一步探究石板殘留瀝青的MMHC值與瀝青自愈合性能之間的關(guān)系，將愈合率與石板殘留瀝青的MMHC值的相關(guān)性繪制于圖8中.由圖8可見(jiàn)：石板殘留瀝青的MMHC值與愈合率HR之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性(R2=0.93).這說(shuō)明瀝青的自愈合性能與其分子構(gòu)型息息相關(guān)，當(dāng)瀝青中含有較多的飽和烴與芳香烴這類(lèi)分子主鏈較長(zhǎng)而支鏈較少的結(jié)構(gòu)時(shí)，其流動(dòng)性能較好，能夠更自由地在瀝青-集料微裂縫界面上進(jìn)行移動(dòng)，因此破壞后會(huì)展現(xiàn)出更優(yōu)的自愈合性能，這也同樣驗(yàn)證了“拉拔試驗(yàn)中HDPE改性瀝青自愈合性能優(yōu)異的原因在于其含有非常少支鏈的分子結(jié)構(gòu)”這一論點(diǎn).

圖8 愈合率與石板殘留瀝青的MMHC值的相關(guān)性Fig.8 Correlation between HR and MMHC value of residue asphalt on stone slab

3 結(jié)論

(1)在瀝青的黏結(jié)性能方面，線型SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青、TB膠粉改性瀝青及HDPE改性瀝青的黏結(jié)性能均低于基質(zhì)瀝青；合適摻量的巖瀝青改性瀝青的黏結(jié)性能顯著優(yōu)于基質(zhì)瀝青，然而過(guò)量(≥24%)的巖瀝青會(huì)明顯降低這一改善效果.

(2)在瀝青的自愈合性能方面，相對(duì)于基質(zhì)瀝青，HDPE改性瀝青、橡膠改性瀝青與合適摻量的巖瀝青改性瀝青具有更為優(yōu)異的自愈合能力.其中，8%摻量的HDPE改性瀝青的自愈合性能最佳，其愈合率甚至達(dá)到了102%.此外，瀝青在干燥、溫度較高條件下的自愈合性能總是優(yōu)于其在潮濕、低溫下的表現(xiàn).

(3)結(jié)合黏結(jié)性能與自愈合性能綜合考慮，線型SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青、TB膠粉改性瀝青、HDPE改性瀝青、巖瀝青改性瀝青的推薦改性劑最佳摻量分別為3%、18%、10%～15%、8%、12%～20%.

(4)MMHC值測(cè)試的紅外光譜試驗(yàn)表明，瀝青的自愈合性能與集料吸附含有較少支鏈的瀝青分子結(jié)構(gòu)之間具有強(qiáng)相關(guān)性(R2=0.93).含有較少支鏈的瀝青能夠更為自由地在瀝青-集料界面間移動(dòng)，并更容易被集料表面孔隙所吸附而形成較強(qiáng)的黏結(jié)強(qiáng)度，因此會(huì)展現(xiàn)出較好的自愈合能力.