高模量瀝青性能及其界定標(biāo)準(zhǔn)研究

張爭(zhēng)奇，盧 川，王素青，2，李乃強(qiáng)，李宏偉

(1. 長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710064； 2. 山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032；3. 承唐高速公路唐山管理處，河北 唐山 063000)

0 引 言

高模量瀝青混凝土常用于高溫、重載路段，具有較高的模量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能有效提高路面的高溫抗車轍能力，而高模量瀝青是高模量瀝青混凝土強(qiáng)度形成和性能保證的關(guān)鍵。目前，制備高模量瀝青的方法主要有3種[1]：硬質(zhì)瀝青混配、天然瀝青改性和高模量劑改性。3種高模量瀝青的實(shí)現(xiàn)方式中，硬質(zhì)瀝青混配高模量在歐洲已得到廣泛應(yīng)用[2]，硬質(zhì)瀝青多采用氧化工藝、溶劑脫工藝制備，具有較高的硬度和抗變形能力，但往往低溫抗裂性能差、耐疲勞性能明顯不足；天然瀝青改性多采用湖瀝青、巖瀝青等配制，存在著天然瀝青摻量大、改性效果較差等缺陷。目前，由于具有更好的技術(shù)性能，高模量劑改性瀝青得到了越來越多的重視。因?yàn)楦吣Ａ縿└男詾r青與硬質(zhì)瀝青混配高模量瀝青成分上存在本質(zhì)區(qū)別，歐洲的硬質(zhì)瀝青評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不適用于高模量劑改性瀝青；同時(shí)，由于瀝青品種及流變特性的顯著不同，現(xiàn)行的針入度評(píng)價(jià)體系無法準(zhǔn)確界定和評(píng)價(jià)高模量瀝青；SHRP評(píng)價(jià)指標(biāo)從流變學(xué)角度出發(fā)，以車轍因子G*/sinδ以及PG分級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料的高溫性能，與路用性能相關(guān)性較高，但缺乏針對(duì)于高模量改性瀝青的SHRP技術(shù)規(guī)范。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高模量瀝青材料的研究多集中于高模量外加劑的開發(fā)、高模量瀝青混凝土的性能評(píng)價(jià)等方面，較少涉及高模量瀝青的評(píng)價(jià)方法以及指標(biāo)要求。2005年，遼寧省交科院在國(guó)內(nèi)首次提出高模量瀝青混凝土的定義：在45 ℃、10 Hz的試驗(yàn)條件下，復(fù)數(shù)剪切模量不小于2 000 MPa[3]；在45 ℃、0.1 Hz的試驗(yàn)條件下，復(fù)數(shù)剪切模量不小于500 MPa；龔涌峰[4]對(duì)高模量瀝青的DSR指標(biāo)進(jìn)行分析，并提出高模量瀝青的PG等級(jí)需要達(dá)到PG82-28，且 60 ℃復(fù)數(shù)剪切模量指標(biāo)大于 10 kPa；李秋平等[5]采用重復(fù)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)探究高模量的標(biāo)準(zhǔn)，提出高模量瀝青 64 ℃下的累積變形不大于 0.1，76 ℃下的累積變形不大于 0.5的要求。

可見，現(xiàn)有關(guān)于高模量瀝青性能評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)的研究較少，且有關(guān)界定指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)看法不一，其確定過程缺乏合理依據(jù)，同時(shí)，現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系和指標(biāo)是否適用于高模量瀝青沒有得到論證。高模量瀝青的界定指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)的欠缺為高模量瀝青的材料和配比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用帶來了困難。

鑒于高模量瀝青缺乏合理的界定標(biāo)準(zhǔn)，筆者選取3種高模量劑制備高模量瀝青，并對(duì)其進(jìn)行常規(guī)性能試驗(yàn)和流變性能試驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的瀝青混凝土進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)；最后，以灰色關(guān)聯(lián)度為參數(shù)，對(duì)高模量瀝青與高模量混凝土的指標(biāo)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以滿足高模量瀝青混凝土動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值為原則，推薦了高模量劑改性瀝青的界定指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)的提出對(duì)優(yōu)化高模量瀝青組配方案，提高高模量瀝青混凝土質(zhì)量，促進(jìn)高模量瀝青混凝土的推廣應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)高模量瀝青規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的建立具有一定的參考價(jià)值。

1 高模量瀝青制備與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

試驗(yàn)中基質(zhì)瀝青采用A級(jí)70#道路石油瀝青，在混凝土試驗(yàn)中選用石灰?guī)r作為集料，石灰?guī)r礦粉作為填料，經(jīng)測(cè)試原材料均符合規(guī)范要求。

試驗(yàn)選取的3種高模量改性劑分別為PR INDUSTRIE研發(fā)生產(chǎn)的PR Module高模量外加劑和國(guó)內(nèi)某公司研發(fā)生產(chǎn)的XT-2、XT-3兩種抗車轍高模量改性劑，其基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)如表1。

1.2 高模量改性瀝青制備工藝及摻量確定

對(duì)于選取的3種高模量劑，均有“干法”和“濕法”兩種制備工藝，在生產(chǎn)過程中考慮到制備簡(jiǎn)便一般采用“干法”工藝，即直接將改性劑與集料拌合均勻。以高模量瀝青結(jié)合料的性能指標(biāo)為主要研究對(duì)象，故采用“濕法”制備工藝，具體工藝如下：

1)將基質(zhì)瀝青加熱升溫至160 ℃；

2)緩慢加入1/2高模量劑，邊攪拌邊升溫；

3)當(dāng)溫度升至170～180 ℃時(shí)加入剩余改性劑攪拌均勻后再剪切1 h。

根據(jù)表1中的廠家推薦摻量和高模量瀝青應(yīng)用現(xiàn)狀，試驗(yàn)所制備高模量改性瀝青的改性劑摻量占瀝青質(zhì)量的百分比，如表2。

表2 高模量添加劑摻量Table 2 High modulus additive content %

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先，根據(jù)我國(guó)道路實(shí)際交通氣候條件，在總結(jié)歸納已有研究[6-9]的基礎(chǔ)上，提出高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)初步建議值，如表3。 然后按照?qǐng)D1試驗(yàn)及分析流程，對(duì)初步建議值進(jìn)行驗(yàn)證和修正。

表3 高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)初步建議值Table 3 Preliminary recommended value of definition standard forhigh modulus asphalt

圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程Fig. 1 Test design flowchart

2 高模量瀝青性能指標(biāo)評(píng)價(jià)

2.1 高模量瀝青常規(guī)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果與分析

本節(jié)對(duì)所配制高模量改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度和135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度等常規(guī)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，分析高模量劑種類和摻量的影響，并為高模量瀝青常規(guī)性能指標(biāo)與混凝土相關(guān)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析和高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)的確立提供依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖5。

針入度可以間接反映瀝青材料的等溫黏度特性，由圖2高模量改性瀝青針入度試驗(yàn)結(jié)果可知，針入度隨改性劑摻量的增加呈規(guī)律性減小，說明改性劑加入使瀝青材料的黏度增加。在規(guī)律性滿足要求的前提下，能否將其作為高模量改性瀝青的界定標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)一步考慮區(qū)分度的要求。參考廠家推薦的高模量劑最低摻量，7.5%PRM改性瀝青針入度是46.2，5%XT-2和5%XT-3改性瀝青的針入度分別為54.2和56.1，老化前后的針入度比范圍為56%～98%。故根據(jù)區(qū)分度要求，將高模量改性瀝青的針入度指標(biāo)建議值確定為20～50(0.1 mm)是合理的，同時(shí)針入度比應(yīng)當(dāng)大于55%。

圖2 高模量改性瀝青RTFOT前后的針入度指標(biāo)Fig. 2 Penetration index of high modulus modified asphalt beforeand after RTFOT

軟化點(diǎn)常用來評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能，如圖3，隨高模量劑摻量的增加，3種改性瀝青RTFOT前后的軟化點(diǎn)均逐漸升高，雖升高幅度略有差異，但基本滿足規(guī)律性的要求。在推薦最低摻量時(shí)，7.5%PRM、5%XT-2和5%XT-3這3種改性瀝青原樣的軟化點(diǎn)分別為53.3、51.5、51.5 ℃，均無法達(dá)到軟化點(diǎn)建議值70 ℃的要求。改性劑摻量較小時(shí)，RTFOT后軟化點(diǎn)增大；但是隨著改性劑摻量的增加，在原樣改性瀝青的軟化點(diǎn)達(dá)到70 ℃之后，改性瀝青老化之后軟化點(diǎn)反而會(huì)降低，70 ℃成為高模量瀝青的性能異變點(diǎn)。究其原因[10]，可能是由于在老化過程中，聚合物類改性瀝青材料同時(shí)發(fā)生基質(zhì)瀝青的老化和聚合物的降解兩個(gè)反應(yīng)過程。隨著改性劑摻量的增加，原樣瀝青的軟化點(diǎn)升高，但在老化過程中聚合物的降解作用加強(qiáng)，使改性作用減弱。因此，考慮區(qū)分度的要求，將高模量劑改性瀝青原樣的軟化點(diǎn)指標(biāo)的建議值暫定為不小于70 ℃。有研究表明[11]，對(duì)于聚合物類改性瀝青材料，RTFOT后的軟化點(diǎn)指標(biāo)與車轍試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性很差，故不對(duì)其做出具體要求。

圖3 高模量改性瀝青RTFOT前后的軟化點(diǎn)指標(biāo)Fig. 3 Softening point index of high modulus modified asphalt beforeand after RTFOT

由圖4、圖5可知，3種高模量劑改性瀝青的5 ℃延度均隨摻量增加而下降，其135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度隨摻量的增加而增大，這說明高模量改性劑對(duì)瀝青結(jié)合料的低溫性能和施工和易性有不利影響?？紤]到界定高模量瀝青的主要標(biāo)準(zhǔn)是高模量瀝青混凝土的動(dòng)態(tài)模量滿足要求，高模量改性應(yīng)以提高高溫性能為主要目標(biāo)，故延度和135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度不宜作為評(píng)價(jià)高模量瀝青特性的控制性指標(biāo)。但高模量改性瀝青仍應(yīng)滿足施工和易性的基本要求，我國(guó)JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定PE、EVE類改性瀝青的135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度不能超過3.0 Pa·s；《廣東省公路路面典型結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)指南(試用)》中考慮到高模量改性瀝青的特殊性能要求，降低了其對(duì)于135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度的要求，要求小于4.0 Pa·s。考慮到高模量改性瀝青的黏度較大、高溫性能突出、施工溫度高等特點(diǎn)，推薦高模量改性瀝青的135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度小于4.0 Pa·s。

圖4 高模量改性瀝青5 ℃延度指標(biāo)Fig. 4 5 ℃ ductility index of high modulus modified asphalt

2.2 高模量瀝青流變性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果與分析

本節(jié)以分析高模量劑種類和摻量對(duì)高模量改性瀝青復(fù)數(shù)剪切模量、車轍因子、PG分級(jí)指標(biāo)等流變學(xué)指標(biāo)的影響為目的，在多種實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)高模量改性瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量、車轍因子以及PG分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，為高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備相關(guān)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6～圖7、表4。

表4 高模量改性瀝青PG試驗(yàn)結(jié)果Table 4 PG test results of high modulus modified asphalt ℃

圖6 高模量改性瀝青復(fù)數(shù)剪切模量試驗(yàn)結(jié)果Fig. 6 Test results of complex shear modulus of high modulus modified asphalt

圖7 高模量改性瀝青車轍因子試驗(yàn)結(jié)果Fig. 7 Test results of rutting factors of high modulus modifiedasphalt

有關(guān)文獻(xiàn)[12]表明，瀝青結(jié)合料的復(fù)數(shù)剪切模量與混凝土動(dòng)態(tài)模量具有良好的相關(guān)性。由圖6可知，在兩種試驗(yàn)溫度60、76 ℃，兩種試驗(yàn)頻率10、5 Hz，以及60 ℃(10 rad/s，12%)共5種不同試驗(yàn)條件下復(fù)數(shù)剪切模量隨高模量改性劑摻量的增加均有不同幅度的提高，其變化趨勢(shì)大致相同，復(fù)數(shù)剪切模量指標(biāo)滿足規(guī)律性的基本要求。同時(shí)表明，高模量改性劑的摻入使瀝青結(jié)合料的性質(zhì)更接近于彈性體，提高了瀝青結(jié)合料的高溫性能。但具體何種試驗(yàn)條件下的復(fù)數(shù)剪切模量與高模量瀝青混凝土的動(dòng)態(tài)模量相關(guān)性更好，需要將復(fù)數(shù)剪切模量的試驗(yàn)結(jié)果與混凝土動(dòng)態(tài)模量的試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合對(duì)比并進(jìn)行相關(guān)性分析得出結(jié)論。

瀝青結(jié)合料的車轍因子可以在一定程度上反映瀝青路面的抗車轍性能，根據(jù)圖7所示的試驗(yàn)結(jié)果，在應(yīng)變水平均為0.1%的條件下，測(cè)得模擬正常情形的10 Hz試驗(yàn)頻率和模擬重載情形的5 Hz試驗(yàn)頻率下的車轍因子變化趨勢(shì)大致相同，兩種試驗(yàn)條件下車轍因子均隨高模量改性劑摻量的增加而提高，因此從規(guī)律性角度考慮，車轍因子指標(biāo)能夠滿足要求。不同試驗(yàn)條件下高模量改性劑對(duì)車轍因子的改善幅度有所不同，模擬重載情形的試驗(yàn)條件下改善幅度略高于模擬正常情形下的試驗(yàn)條件下改善幅度，這表明高模量瀝青可以在重載路段更好地發(fā)揮其優(yōu)良性能。從區(qū)分度角度考慮，在76 ℃、10 Hz試驗(yàn)條件下，當(dāng)摻量為最低推薦值時(shí)，PRM、XT-2和XT-3改性瀝青的車轍因子分別為10.295 0、8.693 4、8.351 4 kPa，高模量瀝青車轍因子指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果在8～10 kPa范圍內(nèi)波動(dòng)；在76 ℃、5 Hz試驗(yàn)條件時(shí)，3種高模量劑改性瀝青的車轍因子指標(biāo)在5 kPa附近波動(dòng)。對(duì)于高模量劑改性瀝青，其車轍因子指標(biāo)建議值可暫定為：G*/sinδ(76 ℃, 10 Hz)≥10 kPa，G*/sinδ(76 ℃, 5 Hz)≥5 kPa。

PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果表明，隨高模量改性劑摻量的增加，PG等級(jí)逐漸提升，但PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果每6 ℃一檔，導(dǎo)致指標(biāo)變化不明顯，PG等級(jí)每提高一級(jí)需要大幅提高高模量劑摻量。由于PG指標(biāo)不能精確反映高模量改性瀝青的性能變化，區(qū)分度欠佳，因此其不能作為高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵性指標(biāo)。

3 高模量瀝青混凝土性能評(píng)價(jià)

3.1 級(jí)配及瀝青用量的確定

高模量瀝青材料常用于道路的中下面層，以起到抵抗車轍的作用。因此，筆者選用了一種中粒式級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，級(jí)配的各篩孔通過率如表5。

表5 試驗(yàn)中選用級(jí)配Table 5 Gradation selected in the test

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于固定級(jí)配HMAC-20，基質(zhì)瀝青所對(duì)應(yīng)的最佳油石比為4.2%。按照材料要求和廠家推薦的油石比，當(dāng)級(jí)配一定時(shí)，高模量瀝青的油石比僅需在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上微調(diào)即可。

對(duì)于選用的3種高模量添加劑PRM、XT-2、XT-3，廠家推薦用量分別為0.5%～0.8%、0.3%～0.5%、0.3%～0.5%(以瀝青混合料質(zhì)量為基數(shù))。當(dāng)PRM摻量超過0.5%后，摻量每增加0.2%，油石比增加0.1%。XT改性瀝青混凝土的油石比一般在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上增加0%～0.1%。綜上所述，選定7種高模量瀝青混凝土，其最佳油石比如表6。

表6 瀝青混合料的最佳油石比Table 6 The best asphalt aggregate ratio of asphalt mixture

在確定油石比的基礎(chǔ)上，按照材料性能特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)范要求，先將石料加熱至170～180 ℃，高模量瀝青加熱至160～170 ℃，按照混合料試驗(yàn)規(guī)程拌和均勻，在165±3 ℃的條件下，按照試驗(yàn)規(guī)程成型混合料試件。

3.2 高模量瀝青混凝土試驗(yàn)結(jié)果與分析

高模量瀝青混凝土的動(dòng)態(tài)模量可以反映高模量瀝青材料的抗變形能力，其標(biāo)準(zhǔn)值是確定高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。本節(jié)通過動(dòng)態(tài)單軸壓縮試驗(yàn)，在兩種試驗(yàn)溫度20、15 ℃，兩種試驗(yàn)頻率10、5 Hz試驗(yàn)條件下測(cè)得高模量瀝青混凝土的動(dòng)態(tài)模量，采用車轍試驗(yàn)儀測(cè)得高模量瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。在此基礎(chǔ)上，分析高模量劑種類及摻量對(duì)高模量瀝青混凝土動(dòng)態(tài)模量和高溫抗車轍性能的影響，探討高模量瀝青混凝土動(dòng)態(tài)模量與高模量改性瀝青性能指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。高模量混凝土試驗(yàn)所用瀝青混凝土種類如表6，試驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9。

圖8 混凝土動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果Fig. 8 Test results of dynamic modulus of concrete

圖9 車轍試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果Fig. 9 Rut test results

由混凝土動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果可知，不同種類高模量瀝青制備的高模量混凝土動(dòng)態(tài)模量對(duì)溫度較為敏感，試驗(yàn)溫度升高，模量值減小。以20 ℃、10 Hz的動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值1 300 MPa對(duì)高模量瀝青進(jìn)行優(yōu)選，則只有7.5%XT-3不滿足要求，其余6種混凝土均滿足動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值。在第4節(jié)中，將以混凝土動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，詳細(xì)分析高模量瀝青各項(xiàng)指標(biāo)與動(dòng)態(tài)模量的關(guān)系，并進(jìn)一步以動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行反算。

由圖9可知，高模量瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度較普通的瀝青混凝土有了大幅度提高。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度與動(dòng)態(tài)模量值在一定程度上具有相關(guān)性，基本呈正相關(guān)趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)越大，動(dòng)穩(wěn)定度一般也越大，這說明高模量瀝青混凝土具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能。

4 高模量瀝青性能指標(biāo)體系確立

4.1 常規(guī)性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)性評(píng)價(jià)

基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法，以灰色關(guān)聯(lián)度為參數(shù)對(duì)高模量瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)與混合料動(dòng)態(tài)模量及動(dòng)穩(wěn)定度之間變化態(tài)勢(shì)的一致性進(jìn)行分析。分別以混凝土的動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度為參考數(shù)列，以高模量改性瀝青的各項(xiàng)常規(guī)性能指標(biāo)為對(duì)比數(shù)列，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖10。

圖10 常規(guī)性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Fig. 10 Correlation of general performance indexes

由圖10可知：

1)由圖10知，高模量瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)與不同試驗(yàn)條件下的動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)度排序具有一致性，其關(guān)聯(lián)度排序均為：軟化點(diǎn)>135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度>針入度。

2)針入度指標(biāo)與混凝土動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度最小，與動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度為0.567 6，與動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度在0.5左右。因此，以針入度指標(biāo)來表征高模量瀝青的高溫性能不十分合理，針入度指標(biāo)應(yīng)當(dāng)作為參考性指標(biāo)來評(píng)價(jià)高模量瀝青。

3)軟化點(diǎn)指標(biāo)與高模量瀝青混凝土高溫指標(biāo)的相關(guān)性較好，與20 ℃，10 Hz的動(dòng)態(tài)模量、60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.796 7和0.730 2。但是，軟化點(diǎn)60 ℃建議值的區(qū)分度較差，應(yīng)結(jié)合其他評(píng)價(jià)指標(biāo)來綜合評(píng)價(jià)界定高模量瀝青。

4)135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度用以表征瀝青的高溫和易性，從圖10計(jì)算結(jié)果來看，與動(dòng)穩(wěn)定度的相關(guān)性較好。因此，要求高模量瀝青135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度不大于4.0 Pa·s。

4.2 流變性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)性評(píng)價(jià)

流變性能指標(biāo)可以有效區(qū)分基質(zhì)瀝青和普通改性瀝青的各種性能，且與路用性能相關(guān)性較高，為明確流變性能指標(biāo)作為界定高模量瀝青的關(guān)鍵性指標(biāo)的合理性，本節(jié)對(duì)高模量改性瀝青的DSR指標(biāo)與混凝土的動(dòng)態(tài)模量及動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，分別以混凝土的動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度為參考數(shù)列，以高模量改性瀝青的各項(xiàng)流變學(xué)性能指標(biāo)為對(duì)比數(shù)列，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算，結(jié)果如圖11。

圖11 流變性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Fig. 11 Correlation degree of rheological performance index

由圖11可知：

1)高模量瀝青各個(gè)DSR試驗(yàn)指標(biāo)與混凝土20 ℃動(dòng)態(tài)模量的相關(guān)性整體優(yōu)于15 ℃動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)。

2)復(fù)數(shù)剪切模量與車轍因子在評(píng)價(jià)高模量瀝青高溫抗車轍性能時(shí)具有很好的區(qū)分度和一致性。從60 ℃車轍試驗(yàn)的結(jié)果來看，與混凝土路用性能相關(guān)性最好的指標(biāo)是車轍因子(76 ℃，5 Hz，0.1%)。因此，將其作為高模量瀝青在高溫重載條件下高溫抗車轍變形性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3)高模量瀝青要對(duì)其復(fù)數(shù)剪切模量做出相應(yīng)的要求。從與動(dòng)態(tài)模量和動(dòng)穩(wěn)定度的相關(guān)性來看，相關(guān)性最好的指標(biāo)是為復(fù)數(shù)剪切模量G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)和G*(60 ℃，10 rad/s，12%)。但G*(60 ℃，10 rad/s，12%)與混凝土性能的相關(guān)系數(shù)比G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)小，該現(xiàn)象可歸結(jié)于在12%應(yīng)變條件下，某些瀝青已超過其線性黏彈性區(qū)域[12]。

4)PG等級(jí)與混凝土性能的相關(guān)系數(shù)較高，但其區(qū)分度欠佳。

4.3 高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)推薦

通過4.1節(jié)、4.2節(jié)對(duì)高模量改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)與混凝土動(dòng)態(tài)模量及動(dòng)穩(wěn)定度之間的相關(guān)性分析，筆者認(rèn)為高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以高模量瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量為關(guān)鍵性指標(biāo)，以針入度指標(biāo)體系為輔助性指標(biāo)，在確保瀝青高溫和易性滿足要求的基礎(chǔ)上建立。同時(shí)，以動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值13 000 MPa(20 ℃，10 Hz)為標(biāo)準(zhǔn)，反算高模量瀝青性能指標(biāo)值的建議值，具體結(jié)果見表7。

表7 高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)Table 7 Definition standard of high modulus asphalt

由表7可知，反算得到的高模量瀝青性能指標(biāo)與初步建議值接近，對(duì)于G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)和軟化點(diǎn)兩個(gè)指標(biāo)來說，反算得到的建議值與初步建議值兩者差異在10%以內(nèi)，說明初步建議值較為合理。

以混凝土的動(dòng)態(tài)模量標(biāo)準(zhǔn)值為依據(jù)，來推算論證高模量瀝青的界定指標(biāo)。考慮到混凝土動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)的要求，G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)和與混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度和動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)均具有良好的相關(guān)性，G*(60 ℃，10 Hz,12%)次之。且復(fù)數(shù)剪切模量能夠表征瀝青材料的剪切力學(xué)特性。因此，將G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)作為評(píng)價(jià)界定高模量瀝青的關(guān)鍵性指標(biāo)。兩個(gè)復(fù)數(shù)剪切模量指標(biāo)能夠通過振幅掃描試驗(yàn)快速簡(jiǎn)便地得到，也符合試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便的要求。

針入度指標(biāo)體系作為我國(guó)傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式，綜合了長(zhǎng)期的實(shí)踐使用經(jīng)驗(yàn)，具有試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便的優(yōu)越性。但是在評(píng)價(jià)高模量瀝青性能時(shí)有許多不足，為與我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范更好的對(duì)應(yīng)，將其作為輔助性指標(biāo)來評(píng)價(jià)高模量瀝青的性能。以135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)來控制高模量瀝青材料的高溫施工和易性。

5 結(jié) 論

以確定高模量改性瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)為目的，通過對(duì)高模量劑改性瀝青及混凝土的相關(guān)試驗(yàn)與分析，得出以下結(jié)論：

1)僅使用基礎(chǔ)性能指標(biāo)界定高模量瀝青具有明顯的不足。針入度指標(biāo)雖符合規(guī)律性和區(qū)分度的要求，但其與動(dòng)態(tài)模量、動(dòng)穩(wěn)定度的相關(guān)性較差；軟化點(diǎn)指標(biāo)雖符合規(guī)律性、區(qū)分度和關(guān)聯(lián)性的要求，但其區(qū)分度較差；135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度與延度也均不能作為界定高模量瀝青的關(guān)鍵性指標(biāo)。

2)流變學(xué)指標(biāo)中，復(fù)數(shù)剪切模量與車轍因子在評(píng)價(jià)高模量瀝青高溫抗車轍性能時(shí)具有良好的區(qū)分度和一致性，且與動(dòng)態(tài)模量、動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)度較好。綜合分析，選取G*(60 ℃，10 Hz，0.1%)作為評(píng)價(jià)界定高模量瀝青的關(guān)鍵性指標(biāo)。

3)推薦高模量瀝青界定標(biāo)準(zhǔn)參考表7。