高粘瀝青與瀝青混合料性能對比研究

張金生 馬麗莉 陳奕辛

(1.江蘇瑞沃建設集團有限公司， 江蘇 揚州；225652；2.東南大學， 江蘇 南京 211189)

0 引言

排水路面因其優異的排水、降噪以及雨天行車安全性而受到廣泛關注。排水路面為開級配瀝青混合料，具有粒徑大、空隙大、細集料使用量少的特點，與水長時間的接觸，會導致嚴重的路面水損害[1]。此外，排水路面容易出現結構松散問題，進而影響路面結構性能。為提高排水路面使用壽命，必須采用與石料粘結性能良好的高粘瀝青材料進行補強處理[2]。

1 試驗材料

選取自主研發的高粘瀝青SVA、交通運輸部公路科學研究院的HVA 改性劑和日本大有公司的TPS 改性劑為研究對象，對三種高粘瀝青的性能進行測試和對比分析。采用HVA 和TPS 改性劑按12:88 制備高粘度改性瀝青。

瀝青混合料中粗集料與細集料為玄武巖，礦粉為石灰巖，選擇OGFC-13 作為瀝青混合料的級配，進行瀝青混合料的配合比設計，礦料配合比如表1 所示。通過試驗設計，最終確定油石比采用4.6%，馬歇爾試件的空隙率為20.8%。

表1 OGFC-13 瀝青混合料礦料級配

2 瀝青性能分析

2.1 基本性能

對比SVA、HVA、TPS 三種高粘瀝青的基本性能，包括三大指標、動力粘度、布氏粘度等，對比結果如表2 所示。

表2 高粘瀝青性能對比

經試驗研究表明，三種高粘度瀝青性能良好，加入SVA 改性劑的高粘瀝青動力粘度為154020 Pa·s，加入HVA 改性劑的高粘瀝青動力粘度為184235 Pa·s，兩者差異不顯著；在60℃條件下，加入TPS 改性劑的高粘瀝青下動力粘度較小，僅為36843 Pa·s；在粘韌性、韌性技術指標方面，加入SVA 的高粘瀝青表現顯著優于加入HVA 和TPS 的高粘瀝青。在135℃旋轉粘度指標對比來看，TPS 相對于HVA 和SVA 較小，。從針入度指標方面分析，SVA 顯著高于HVA 和TPS。從高粘瀝青性能指標分析，其針入度越低，表明其稠度越高，而稠度高的瀝青，其粘度也越高。從軟化點指標進行分析，相對于TPS 和HVA 改性瀝青而言，SVA 軟化點較低，在5℃條件下，加入SVA 改性劑的高粘瀝青延度相對較高，低溫性能表現優異。綜合分析高粘瀝青各項指標，與加入HVA 和YPS 改性劑的高粘瀝青相比，SVA 高粘瀝青具有良好的粘度和粘韌性，能夠與集料產生良好的握裹力，從而增強排水路面高粘瀝青路用性能。

2.2 抗老化性能

對比SVA、HVA 和TPS 三種高粘瀝青的抗老化性能，開展旋轉薄膜烘箱加熱試驗（RTFOT），通過模擬瀝青實際生產、加工、貯存和運輸等過程，實現高粘瀝青的短期老化，試驗結果如表3。

表3 不同高粘瀝青RTFOT 試驗結果

經試驗研究表明，三種高粘瀝青在老化試驗后均有不同程度的降低。通過數據分析可以得出：三種高粘瀝青殘留針入度差異不顯著，其殘留針入度均在70%以上。向從衰減幅度來看，SVA 高粘瀝青幅度最??；從延度保留率來看，三種高粘瀝青的差異顯著，HVA 和TPS 延度保留率僅為38.1%和50.3%，表明改性瀝青老化嚴重，在低溫條件下路用性能較差。SVA 高粘瀝青延度保留率為71.2%，顯著高于HVA 和TPS，在低溫條件下具有顯著的應用優勢。從60℃動力粘度指標方面分析，三種高粘度瀝青的動力粘度在老化后均有不同程度的增加，但粘度老化指數（VAI）差異不大，其中，SVA 的VAI 值最小，相較于SVA，HVA、TPS 粘度老化指數分別高45.5%、101.3%。通過對三種高粘瀝青老化性能指標進行分析，三種高粘瀝青抗老化性能存在一定的差異，其中，SVA 高粘瀝青抗老化性能顯著優于HVA 和TPS 高粘瀝青。

3 混合料性能分析

選擇SVAM（采用自研SVA 改性制備高粘瀝青混合料）、HVAM（采用HVA改性制備的高粘瀝青混合料）和TPSM（采用TPS 改性制備的高粘瀝青混合料）開展路用性能研究，以瀝青混合料抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩性能等指標衡量高粘瀝青路用性能。

3.1 馬歇爾試驗

對比三種瀝青混合料，由表4 可知，TPSM 的飛散損失最小，SVAM 析漏損失最??；HVAM 馬歇爾試驗穩定度最低，肯塔堡飛散損失相對較大，但析漏損失較小，說明HVAM 中瀝青與混合料粘附性最差。SVAM 的馬歇爾穩定度和飛散損失均處于SVAM 和TPSM 之間。

表4 高粘瀝青混合料馬歇爾試驗結果

3.2 高溫穩定性

選擇車轍試驗評價高粘瀝青混合料的高溫性能，試驗溫度為60℃，試驗結果如圖2 所示。

圖2 瀝青混合料車轍試驗結果

由圖2 車轍試驗數據表明，HVAM 瀝青混合料動穩定性最高，SVAM 略低，TPSM 最低。在采用自研高粘瀝青制備過程中，充分考慮了瀝青60℃動力粘度指標性能，而且加強對高粘瀝青綜合性能的關注，包括高溫年度、低溫性能與穩定性等指標，造成自研改性瀝青高溫性能有所下降。TPSM 的動力粘度最小，對混合料的高溫性能影響較大。

3.3 水穩定性

分別從浸水馬歇爾試驗、浸水抗飛散和凍融劈裂試驗對高粘瀝青混合料水穩定性進行研究和評價。

相較于SVAM 和TPSM 而言，HVAM 穩定度及浸水48h 穩定度表現良好，TPSM穩定度和浸水48h 穩定度優于SVAM，但從殘留穩定度指標來看，SVAM 表現優異，其殘留度指標較TPSM 和HVAM 分別高2.1%、10.1%，充分說明SVAM 穩定度浸水前后差異不顯著，強度損失小，水穩性能良好。

圖3 不同膠結料類型飛散損失對比

從圖3 數據對比分析來看，TPSM 浸水前后飛散損失最小，SVAM 略低，HVAM浸水飛散損失最大。通過對比分析浸水前后飛散損失變化值前后損失差值（浸水飛散損失-標準飛散損失）大小排列順序為HVAM＞TPSM＞SVAM，其中，SVAM較標準飛散損失增加約53.6%，TPSM 相較于標準損失增加約68.5%，HVAM 較標準飛散損失增加約71.8%。同時，SVAM 浸水飛散損失性比TPSM 僅高出0.4%，從排水路面長期路用性能來看，SVAM 水穩性能良好，但兩者差異不顯著。

從凍融劈裂性能指標來看，三種高粘瀝青混合料經凍融劈裂后劈裂強度均有不同程度的下降。通過對比分析凍融前后劈裂強度差異，HVAM 最小，TPSM＞SVAM＞HVAM，充分表明TPSM 具有較高的抗凍融劈裂強度性能。

從試驗結果來看，TPSM 穩定度性能良好，浸水48h 穩定度與劈裂強度試驗表現良好，標準飛散損失、浸水飛散損失較低，充分表明TPSM 高粘瀝青混合料具有良好的強度性能和抗飛散性能；SVAM 高粘瀝青混合料具有良好的殘留穩定性，其凍融劈裂強度比和浸水飛散損失增加比較小，充分表明SVAM 具有良好的水穩性能。

3.4 低溫性能

低溫彎曲試驗是評價高粘瀝青混合料低溫抗裂性能的重要方法，在-10℃試驗條件下，三種高粘瀝青混合料低溫性能如表6 所示。彎曲勁度模量大小排列順序為HVAM＞TPSM＞SVAM。該指標時橫梁低溫彎曲破壞時所需的能量，該指標越小，則表明需要的能量越大。根據試驗結果，SVAM 彎曲勁度模量最小，表明在低溫條件下SVAM 瀝青混合料更難以受到破壞；最大彎拉應變指標與彎曲勁度模量指標定義相反，最大彎拉應變指標越大，表明瀝青混合料柔性越高，其延展性性能良好。SVAM 最大彎拉應變指標值最大，表明該瀝青混合料低溫抗裂性能良好。綜合分析抗裂試驗結果，充分表明SVA 改進瀝青與集料握裹性良好，在使用SVA改性瀝青的情況下，集料之間粘結性能優異。

表6 瀝青混合料低溫抗裂性能試驗結果

4 結論

不同高粘瀝青對排水路面性能具有重要影響，對比SVA、HVA 和TPS 三種高粘瀝青或高粘改性劑的瀝青和瀝青混合料性能，其中，SVA 和HVA 的動力粘度是TPS 的5 倍左右，SVA 的動力粘度略小于HVA， SVA 與集料的握裹性良好，低溫性能更好；SVA 短期老化后的針入度值、低溫延度均優于HVA 和TPS，具有較好的抗老化性能。

TPSM 具有最小的飛散損失，SVAM 的析漏損失最小，SVAM 的動穩定度比HVAM 小，但相差不大。SVAM 具有更高的殘留穩定度、凍融劈裂強度比，因而水穩性能更優。SVAM 的最大彎拉應變最大，相比其它兩種混合料具有更好的低溫抗裂能力。與HVAM 和TPSM 相比，SVAM 有更好的水穩性能和低溫抗裂性能，具有較好的高溫性能。