春風(fēng)塔河90A瀝青及瀝青混合料性能評(píng)價(jià)分析

陳 芳，蔣曉園，楊秋菊，馬蓮霞

(1.新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 烏魯木齊市 830011； 2.新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行三處 烏魯木齊市 830011)

在“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略推進(jìn)下，伴隨經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，新疆公路建設(shè)事業(yè)也取得了矚目的成就。在公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，許多新的問(wèn)題也接踵而來(lái)，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：首先，新疆優(yōu)質(zhì)重交道路瀝青產(chǎn)量不足[1]；其次，新疆氣候環(huán)境復(fù)雜，夏季炎熱，冬季寒冷，紫外線輻射強(qiáng)度大[2]，年溫差較大，干濕交替，重載、超載現(xiàn)象突出，導(dǎo)致瀝青路面病害突顯；最后，目前新疆地區(qū)瀝青產(chǎn)品單一，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。因此中石化聯(lián)合新疆交建集團(tuán)開(kāi)展高性能道路瀝青研發(fā)工作，本研究依托新疆高性能瀝青研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)春風(fēng)塔河瀝青、克煉瀝青進(jìn)行大量試驗(yàn)分析，對(duì)兩瀝青品牌性能全面評(píng)價(jià)比較。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)春風(fēng)塔河90瀝青(簡(jiǎn)稱CHTH90A))進(jìn)行試驗(yàn)研究，集料選用新疆阿勒泰某項(xiàng)目中面層所使用的集料卵石破碎石，通過(guò)馬歇爾體積指標(biāo)確定最佳油石比[3]，對(duì)瀝青混合料性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與克拉瑪依90A(簡(jiǎn)稱KL90A))瀝青及瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比。在常規(guī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行延時(shí)老化試驗(yàn)，并采用紅外線光譜儀進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，對(duì)瀝青性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)方法參照《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4](JTG E20—2011)中的相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)。

2 瀝青性能分析

2.1 常規(guī)指標(biāo)分析

選用新疆地區(qū)常用的兩種基質(zhì)瀝青KL90A、CHTH90A進(jìn)行試驗(yàn)分析，按照《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4](JTGE20—2011)相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青試驗(yàn)，其技術(shù)指標(biāo)要求參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40—2004)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，兩種品牌基質(zhì)瀝青90A的技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40—2004)的要求，其25℃針入度、軟化點(diǎn)差異并不明顯，60℃動(dòng)力粘度CHTH90A>KL90A，針入度指數(shù)PI CHTH90A>KL90A，通過(guò)以上對(duì)比分析可以得出，CHTH90A瀝青的黏度及針入度指數(shù)PI大，說(shuō)明其高溫穩(wěn)定性較好及感溫性能小。經(jīng)過(guò)RTFOT后，質(zhì)量損失率CHTH90A>KL90A，10℃殘留延度KL90A>CHTH90A，25℃殘留針入度比KL90A>CHTH90A，說(shuō)明其經(jīng)過(guò)短期老化后，CHTH90A抵抗低溫變形能力較弱，由于CHTH90A瀝青蠟含量比較高，可能導(dǎo)致其抵抗低溫變形能力比較弱。PG性能等級(jí)比較，CHTH90A與KL90A瀝青適應(yīng)同等氣候溫度區(qū)間。從瀝青的組分分析來(lái)看，CHTH90A瀝青組分構(gòu)成在合理范圍內(nèi)。其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)兩種品牌的瀝青幾乎相當(dāng)。

表1 新疆不同瀝青品牌性能比較(90A)

研究選用9.5～13.2mm粒徑卵石破碎集料、9.5～13.2mm的花崗巖。試驗(yàn)方法采用水浸法。選用9.5～13.2mm粒徑卵石破碎集料，從試驗(yàn)結(jié)果分析春風(fēng)塔河90A瀝青與礦料的粘附性與KL90A相比，沒(méi)有明顯差別，性能基本相當(dāng)。但集料選用9.5～13.2mm的花崗巖，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，CHTH90A瀝青與集料的粘附性不如KL90A。

2.2 延時(shí)老化性能分析

延時(shí)老化試驗(yàn)參照《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4](JTG E20—2011)中的相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2及圖1～圖4所示。

表2 CHTH90A延時(shí)老化后各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

圖1 針入度隨RTFOT老化時(shí)間的變化規(guī)律

圖2 15℃延度隨RTFOT老化時(shí)間的變化規(guī)律

圖3 軟化點(diǎn)隨RTFOT老化時(shí)間的變化規(guī)律

圖4 殘留針入度比隨RTFOT老化時(shí)間的變化規(guī)律

采用薄膜烘箱延時(shí)老化試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，CHTH90A瀝青的25℃針入度、殘留針入度比、15℃延度、軟化點(diǎn)隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)變化較為顯著。CHTH90A瀝青的25℃針入度、15℃延度、殘留針入度比在0～180min時(shí)衰減的幅度很大，在180min之后變化趨于平緩；軟化點(diǎn)在0～130min區(qū)段變化趨于平緩，在130min之后增幅比較大。表明隨著老化時(shí)間的持續(xù)進(jìn)行，CHTH90A瀝青低溫性能趨于穩(wěn)定，高溫性能隨著老化時(shí)間的持續(xù)呈現(xiàn)較為顯著的變化。

2.3 紅外光譜測(cè)試

采用紅外線光譜儀進(jìn)行瀝青試驗(yàn)，2種90A瀝青譜圖對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)差別較大，特征峰的位置基本上在相同的波數(shù)范圍內(nèi)。另外還發(fā)現(xiàn)KL90A瀝青其在波數(shù)(cm-1)1500～1800之間的特征峰的峰形狀較為鋒利，而CHTH90A瀝青在波數(shù)(cm-1)1500～1800之間的特征峰的峰形狀較為平滑。這主要是因?yàn)闉r青中官能團(tuán)的含量相差較大，導(dǎo)致瀝青對(duì)紅外光的吸收是不一樣。

3 瀝青混合料性能分析

依據(jù)高低溫及降雨因素，《新疆瀝青路面設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》將新疆分為水穩(wěn)及凍穩(wěn)區(qū)、低溫抗裂區(qū)、高低溫過(guò)渡區(qū)、高溫抗車轍區(qū)四個(gè)氣候區(qū)。阿勒泰地區(qū)為低溫抗裂區(qū)，根據(jù)新疆氣候環(huán)境及自然條件，本研究選擇瀝青面層混合料級(jí)配類型AC-20C進(jìn)行混合料性能分析，并與KL90A瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比。

3.1 不同混合料類型最佳油石比確定

室內(nèi)通過(guò)測(cè)定135～175℃條件的粘度，通過(guò)粘度-溫度曲線法，確定瀝青混合料拌和溫度為165～170℃，擊實(shí)溫度為150～160℃。依據(jù)集料篩分結(jié)果，通過(guò)混合料配合比設(shè)計(jì)[4]，根據(jù)馬歇爾體積指標(biāo)確定AC-20C最佳油石比為4.0%，春風(fēng)塔河90A瀝青混合料各級(jí)配類型馬歇爾體積指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 春風(fēng)塔河90A瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，不同級(jí)配類型最佳油石比下春風(fēng)塔河90A瀝青混合料馬歇爾各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40—2004)要求。

3.2 不同級(jí)配的瀝青混合料性能驗(yàn)證

按照前述已經(jīng)確定的最佳油石比及級(jí)配類型，參照《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4](JTG E20—2011)中的相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，相關(guān)技術(shù)要求見(jiàn)表5。

表4 90號(hào)A級(jí)瀝青混合料性能分析比較

表5 《新疆瀝青路面設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》低溫抗裂區(qū)瀝青混合料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求

從表4可以看出，瀝青混合料指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40—2004)、《新疆瀝青路面設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》相關(guān)技術(shù)要求。新疆阿勒泰地區(qū)均為低溫抗裂區(qū)，瀝青混合料性能相比，殘留穩(wěn)定度、穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變： AC-20CKL90A>AC-20CCHTH90A；凍融劈裂強(qiáng)度比、流值：AC-20CCHTH90A>AC-20CKL90A；在混合料性能方面兩種瀝青相差不大。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)配合設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)路的鋪筑，鋪筑后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)評(píng)價(jià)，路面整體性能良好。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)瀝青常規(guī)指標(biāo)分析，CHTH90A瀝青高溫穩(wěn)定性較好，感溫性小，抵抗低溫變形能力較弱。PG性能等級(jí)比較，CHTH90A與KL90A瀝青適應(yīng)同等氣候溫度區(qū)間。

(2)通過(guò)延時(shí)老化試驗(yàn)分析得出，隨著老化的持續(xù)進(jìn)行，CHTH90A瀝青低溫性能趨于穩(wěn)定，高溫性能變化較為顯著。

(3)通過(guò)紅外光譜試驗(yàn)，在波數(shù)(cm-1)1500～1800之間，KL90A瀝青特征峰的峰形狀較為鋒利，而CHTH90A瀝青特征峰的峰形狀較為平滑。

(4)通過(guò)不同級(jí)配類型混合料性能分析，CHTH90A瀝青混合料馬歇爾各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果及混合料性能均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40—2004)、《新疆瀝青路面設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》要求，其性能兩種瀝青相差不大。