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改性沥青性能指标评价

时间:2017-12-11 00:50 来源: 作者: 点击:

    胡晋川

摘 要:针对改性沥青在高速公路中大量应用的情况,在借鉴美国SHRP成果的同时,分析了改性沥青的种类、性能指标,重点阐述了评价改性沥青的三大方法,提出针对工程实际选择沥青具有重要的现实意义。

关键词:改性沥青,性能指标,评价

1 概述

改性沥青包括改性沥青混合料,是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物,磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂,或采用对沥青轻度氧化加工等措施使沥青和沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料。关于改性沥青的分类,国际上没有统一的分类标准,所谓道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青,简称PA,PB。按照改性剂的不同,一般将其分为三类:1)热塑性橡胶类,即热塑性弹性体,主要有SBS,SS,SEBS等,SBS由于具有良好的弹性和感温性能,目前已成为世界上使用最为普遍的道路沥青改性剂。2)橡胶类:主要有NR、SBR、CR、R等,其中SBR也是世界上应用最广泛的改性剂之一,尤其是胶乳形式使用得越来越多。3)树脂类:即热塑性树脂,如PE、EVA、PVC、EP等。

2 性能评价的主要方法

现行评价改性沥青的方法主要有三大类:

1)采用沥青常规性能指标的变化程度来衡量,一般是针入度、软化点、延度、粘度、脆点的变化程度,变化值越大,说明其改性效果越好。这些指标测定方法较简单。

2)美国SHRP新沥青规范,其最根本的特点是各项指标与各项路用性能直接相关,这些规范列入的各种路用性能指标也适用于改性沥青,它包括:a.高温稳定性,它用平均最高路面设计温度时原样沥青及薄腊加热后残留沥青的* SNδ为指标,*是动态剪切复数劲度模量,*越大表示沥青的劲度越大,抗流动变形能力越强。b.低温抗裂性。路面温缩开裂通常是由于沥青使用过程中不断老化,劲度模量不断增加,沥青的低温柔性逐步转变为脆性造成的,故反映低温抗裂性能的指标是经受过TFOT以及经过压力老化试验(PAV)的沥青,测定低温弯曲蠕变劲度模量S作为最主要指标。c.耐疲劳性。路面的疲劳、破坏主要是在使用周期的后期发生,同样考虑路面使用期的长期老化,并采用RTFOT及PAV后的沥青做动态剪切试验,要求复数剪切模量的粘性成分(*SNδ)值不超过5Pa。d.抗老化性能,除了用RTFOT及PAV反映沥青老化的性质外,规范还保留了RTFOT质量损失的指标。e.施工安全性、可操作性,它采用原样沥青的闪点及135℃的粘度。

3)不同的改性沥青有不同的特点,不能用完全相同的指标去衡量,应开发适宜于不同改性沥青品种的专用指标,我国对聚合物改性沥青大都要求采用新指标:

a.弹性恢复。对SBS等热塑性橡胶改性沥青,弹性恢复能力强是特别显著的特点,这样的路面有良好的自愈性,通用的弹性试验,采用延度试验所用试模,但中间部分换为直线侧模,试验温度为25℃±0.5℃,延度试验拉长至10c后的可恢复变形的百分率,按下式计算弹性恢复:恢复率=[(10-X)÷10]×100%。

b.改性沥青的离析试验。用以评价改性剂与基质沥青的相容性。由于不同的改性剂与不同的基质沥青的离析态势有所不同。离析试验方法不同,对于SBS、SBR类聚合物改性沥青,离析时表现为聚合物的上浮,方法是从一定条件盛样管中分别提取在163℃烘箱中48h后的聚合物改性沥青的顶部和底部试样,测定其环球法软化点,以软化点差表示离析的程度。而对PE,EVA类的离析试验是观测改性沥青存放过程中结皮凝聚在容器表面的情况来分析判断离析的程度。

c.粘韧性试验,它是评价橡胶类改性沥青效果的一种比较好的方法,测定其在规定温度条件下高速拉伸量与金属半球的粘性及韧性。这个试验方法完全是按照日本道路协会沥青路面辅装纲要中的标准进行的。

d.测力延度试验。此试验的设备是在普通的延度仪上附加一个测力传感器。试验结果由X—Y函数记录仪记录,记录的拉力——变形(延度)曲线图,图中曲线的形状和面积对评价改性沥青的性能有重要意义。一般情况下,低温时越脆的沥青,延度越小但峰值力愈大,而曲线下面的全面积则越小。

e.评价改性沥青和石料低温粘结力的板冲击试验。此方法是由埃索公司提出的。我国技术人员用此种方法试验得出的结果是,未改性的基质沥青有相当多地被振落,但改性后的沥青尽管其延度减小,但板冲击试验石子几乎没有振落,说明其低温粘结力较好,证明板冲击试验是一个很有价值的试验方法。而其设备简单易操作,易于推广使用。

f.改性沥青和沥青混合料的老化试验。由于改性沥青在TFOT试验中处于静止状态,会发生离析,因此要用RTFOT试验方法。改性沥青的老化直接影响低温抗裂性及疲劳性,因此是一个非常重要的性质。改性沥青的老化过程是长期而复杂的,由此评价改性沥青的老化试验要使用经过短期老化及长期老化的混合料试件进行,其物理力学性能试验更能反映实际情况,且有更大的价值。

. 与石料的粘附性试验。一般情况下改性沥青与石料的粘结力都会得到提高。但在某些条件下为达到粘附性指标,仍需加抗剥落剂,由于许多抗剥落剂受热稳定性较差,所以规定进行粘附性试验时,必须预先按沥青薄膜加热试验的方法对掺加抗剥落剂的沥青结合料进行加热老化,然后采用水浸法或水煮法检验与集料的粘附性。

3 工程应用

每个工程所应用的改性沥青不尽相同,改性剂和基质沥青有所差别,那么对单个工程中改性沥青的路面性能,应采用不同的评价指标,并针对改性沥青的特点及多样性,选择代表性的试验指标作重点评价指标。对于SBS类改性沥青感温性能好,且有良好的弹性恢复性能,所以采用软化点,5℃低温延度,回弹率作为主要指标。SBS适用于在各种气候条件下使用,使用时应据所在地区的高低温情况及主要目的选择适宜的标号。SBR最大特点是改善低温性能指标,以5℃低温延度为主,考虑到老化后延度的降低严重,所以RTFOT后的低温延度也作为主要指标,另外软化点试验和粘韧试验也作为施工控制性试验。使用PE及EVA类改性沥青,高温性能改善明显,故以软化点作为主要指标,主要适用于气候炎热的地区。

还有一点也是十分重要的,在评价改性沥青性能选择代表性的试验指标时,还应考虑我国目前公路工程的实际情况和施工单位实现的可能性。如对聚合物改性沥青测定60℃和135℃粘度值对施工具有很大的意义,但我国短时间内采用毛细管粘度计测定尚存在问题,故仅在有条件时才测定。再比如RTFOT质量损失指标,虽规范上已列出,但对于我国的沥青这个指标几乎所有的都能达到,工程实际再去试验,意义不大等等。

4 结语

由于我国在高速公路上应用改性沥青的经验还少,研究还不十分深入,尽管也利用现有的设备进行了试验评价和标准规范,也必须充分认识到常规试验对改性沥青评价上的局限性,如常规试验指标与动态力学分析的关系就体现了这一点。所以要在认真应用现行规范的同时,积极探索,积累数据,研究创新,尽快在对改性沥青性能指标的评价上做到全面、规范、精确、实用,又具有经济性和可操作性,从而实现对改性沥青应用上的指导性和可控制性,最终提高高等级公路的整体质量和路面性能,为国民经济的大发展铺平“道路”。

(摘自:《山西建筑》2002年9月)

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