瀝青分級文獻綜述修改

瀝青性能分級體系的研究與進展目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒言 2\o"CurrentDocument"瀝青性能分級指標與試驗方法 2PG分級體系性能指標 2PG分級體系試驗方法 2\o"CurrentDocument"瀝青性能分級方法 3\o"CurrentDocument"瀝青性能等級的選擇 5\o"CurrentDocument"分級方法中的問題與研究進展 65.1性能分級方法的問題 65.2性能分級方法研究進展 6\o"CurrentDocument"參考文獻 71.緒言瀝青作為一種非晶體高分子混合物，應用于路面膠結料已經(jīng)有了上百年的歷史。瀝青的分類可以按來源、加工方法、用途和形態(tài)劃分。按來源可以分為天然瀝青、石油瀝青和焦油瀝青三大類，按形態(tài)分為黏稠瀝青和液體瀝青。一般石油瀝青分為四大類:道路瀝青類、建筑瀝青類、專用瀝青類和乳化瀝青類。改性瀝青作為改良的膠結料應用于道路建設、建筑防水等方面。瀝青的化學組分、網(wǎng)絡結構的不同有許多不同的特點，表現(xiàn)為黏滯性、感溫性、黏附性、耐久性和流變性等。許多國家在瀝青的使用過程中，根據(jù)瀝青的技術指標進行分級以適應不同需求的工程背景。美國、歐盟、澳洲和日本等國家現(xiàn)行標準里都保留了針入度分級體系，我國的瀝青性能分級標準主要是依據(jù)針入度分級體系。日本為防止和減少車轍制定了以60^黏度分級的半氧化瀝青技術標準。美國AASHTO于1931年出版了有關瀝青針入度等級標準技術規(guī)范，1987-1993年美國公路戰(zhàn)略研究計劃（SHRP）提出了以瀝青混合料的路用性能為標準的PG性能分級體系，PG分級方法保持了針入度和黏度分級方法的連續(xù)性和一致性，試圖建立瀝青與瀝青混合料路用性能的直接聯(lián)系。PG分級體系要求瀝青路面在最高設計溫度時能滿足高溫性能的要求，不產(chǎn)生過量的車轍；在路面最低設計溫度時能滿足低溫性能的要求，避免或減少低溫開裂；在常溫范圍內(nèi)控制疲勞開裂，考慮了瀝青材料在使用期全溫度范圍內(nèi)的流變性，對于瀝青材料的質量評價和選擇，較針入度分級和黏度分級有了很大改進[6]2.瀝青性能分級指標與試驗方法2.1PG分級體系性能指標美國在1987~1993年完成了SHAP計劃，其中Superpave瀝青混合料規(guī)范提出了將瀝青的路用性能和分級結合起來，也就是現(xiàn)在的性能分級的體系（PG級）。其顯著特點是改變了原來是固定的溫度下進行試驗，而是采取規(guī)定的性能要求值，試驗溫度根據(jù)需要變化。Superpave瀝青混合料規(guī)范中，主要技術指標如下：表2.1Superpave瀝青分級主要技術指標[1]技術指標測試性能試驗方法車轍因子（G*/sin。）結合料的高溫性能動態(tài)剪切流變儀法黏度（Pa?s）結合料的泵送性能毛細管黏度計或布氏黏度計法疲勞因子（G*?sin。）結合料的疲勞性能動態(tài)剪切流變儀法拉伸應變結合料的低溫性能直接拉伸法蠕變勁度（S（t））結合料的低溫性能彎曲梁流變儀法質量損失結合料的老化特征壓力老化箱或旋轉薄膜烘箱老化其他的指標包括閃點（230°C），135°C黏度，壓力老化溫度以及壓力老化后的車轍因子2.2PG分級體系試驗方法動態(tài)剪切流變儀法（DSR）：將加熱的瀝青試樣澆注在試驗板上，待瀝青冷卻后裝入流變儀中，在規(guī)定的溫度水浴中按應力控制方式或者應變控制方式進行試驗。溫度達到平衡后，儀器將以10rad/s的頻率和選擇的應力或應變值試驗。試驗測得瀝青的動態(tài)剪切模量和相位角，技術指標為車轍因子（G*/sinO）和疲勞因子（G*?sin。）。彎曲梁流變儀法（BBR）：將瀝青試樣澆注于已潤滑隔離處理的金屬磨具中，在-5C±5C的冷水中水浴5~10min左右脫模后，在試驗溫度的恒溫水浴中保持60min±5min,安裝在自動試驗系統(tǒng)中，按程序施加相應的荷載測定瀝青彎曲蠕變勁度和m值。直接拉伸試驗:按規(guī)定的方法澆注瀝青，將試件安裝在直接拉伸試驗儀上，恒溫冷浴養(yǎng)護60min±5min后，拉伸速率設定為1mm/min，當試件拉斷（發(fā)生脆性破壞）或者應變超過10%時停止試驗。試件的破壞應力為：q亍=P「A。亍——破壞應力（MPa）；P亍 破壞荷載（N）；A 試件的初始橫斷面積（mm2）。試件的破壞應變：￡=6/L8f 破壞應變（mm/mm）；6^ 破壞時伸長值（mm）；L 試件有效拉伸長度（mm）。黏度試驗測試一般方法有：真空減壓毛細管法和布洛克菲爾德黏度計法。在2005年新出版的AASHTOM320-2005中，改為只采用旋轉黏度的方法。布洛克菲爾德黏度計法：稱取定量的瀝青試樣，選擇與試樣黏度大致相應的轉子，設定轉速和相應的溫度，通過儀器計算扭矩來測定黏度。一般適用于測定改性瀝青的表觀黏度。各技術指標滿足的條件如下表：表2.2Superpave瀝青分級技術指標要求技術指標單位指標要求車轍因子（G*/sinO）kPaN0.1黏度（135C）Pa?sW3RTFOT老化車轍因子（G*/sin6）kPaN2.2PAV老化疲勞因子MPa<5.0蠕變勁度（S（t））SW300MPa；mN0.300@60s拉伸應變mm/mmN1.0%瀝青性能分級方法前文中已經(jīng)敘述了三種體系的主要分級的指標和試驗方法。其中針入度分級體系和黏度分級體系的分級方法主要是依據(jù)25^針入度和60°C黏度指標，這兩種分級方法參考的指標也不相同，而第三種按路用性能分級的出發(fā)點是根據(jù)瀝青表現(xiàn)出的路用性能劃定適用溫度，與前兩種都不一樣。針入度分級體系歷史最長，使用的國家也最多。我國道路瀝青基本按針入度分級，《重交通道路石油瀝青》中按連續(xù)針入度（40?140）分為5個標號；《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》中修訂了瀝青等級劃分方法，瀝青基本按連續(xù)20（0.01mm）針入度梯度進行劃分，分為7種，如下所示：表3.2瀝青按針入度分級瀝青標號160號130號110號90號70號50號30號適用氣候分區(qū)2-12-22-31-11-21-32-22-31-31-42-22-32-41-425C針入度范圍（0.1mm）140~200120~140100~12080~10060~8040~6020~40在這個標準中，瀝青等級劃分是以瀝青路面的氣候條件為依據(jù)，同一個氣候分區(qū)內(nèi)，根據(jù)道路等級和交通特點再將瀝青分為1~3個不同的針入度等級。技術指標中增加了針入度指60r動力黏度以及10°C延度指標評價瀝青的感溫性、高溫性能和低溫性能，根據(jù)瀝青中的蠟含量分為A、B、C三個等級，各個等級的技術指標要求逐級降低。黏度分級體系是按連續(xù)黏度進行分級，以美國AASHTO以黏度分級的黏稠瀝青技術標準為例，瀝青的標號為連續(xù)60C黏度區(qū)間的中值，區(qū)間大小遞增，分為5個等級，135C的黏度不作為劃分等級的依據(jù)。具體分級如下表所示。表3.3美國以60C黏度分級標號AC-2.5AC-5AC-10AC-20AC-4060C黏度(Pa?s)25±550±10100±20200±40400±80135C黏度(Pa?s)N80N110N150N210N300路面性能分級體系中，瀝青等級按PGx-y表示，PG為路用性能等級，x為路面設計最高溫度（7d最高評價路面溫度），y為路面設計最低溫度（年極端最低溫度）。路面最高設計溫度和最低設計溫度按照下式計算：T0m=（T -0.00618L2+0.2289L+42.2）*0.9545-17.78T 20mm深處的最高路面設計溫度，C；20mmT. 7d平均最高氣溫，C；L——地理緯度，°。廣0"859Ta,,min+Tnm—最低路面設計溫度，C；T）min——平均年最低氣溫，C。中溫區(qū)：

"Jmm+^J"+4該分級體系下，將瀝青分為7個高溫等級以及相應的低溫等級，高溫等級溫度范圍52°C?82°C，每6C為一級；低溫等級溫度范圍-10C?-46C，每-6C為一級，具體分級見表3.4。如PG52-10即瀝青適用于最高路面設計溫度52C，最低路面設計溫度不低于-10C的地區(qū)。表3.4Superpave瀝青膠結料PG分級瀝青使用性能等級PG46PG52PG58-34-40-46-10-16-22-28-34-40-46-16-22-28-34-407d平均最高設計溫度（C）<46<52<58最低設計溫度（C）>-34>-40>-46>-10>-16>-22>-28>-34>-40>-46>-16>-22>-28>-34>-40PG64PG70-10-16-22-28-34-40-10-16-22-28-34-40<64<70>-10>-16>-22>-28>-34>-40>-10>-16>-22>-28>-34>-40PG76PG82-10-16-22-28-34-10-16-22-28-34<76<82>-10>-16>-22>-28>-34>-10>-16>-22>-28>-34瀝青性能等級的選擇瀝青性能分級為選擇合理等級的瀝青以適應當?shù)芈访婀こ痰臍夂蛱攸c和交通需求提供了參考依據(jù)。在SHRP中通過預測路面結構內(nèi)部的溫度來選擇瀝青等級，比只考慮氣溫的方法是一大進步［7。一般瀝青用于路面結構，材料的選擇應該滿足功能性要求、結構性要求、環(huán)境要求和經(jīng)濟性要求。為了選擇合適的瀝青，滿足承載能力、耐久性和經(jīng)濟性等要求，應當考慮以下幾種因素：1） 當?shù)貧鉁氐葰夂驐l件瀝青為熱塑性、粘彈性材料，故溫度是首要考慮的因素，可根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料和往年溫度記錄或按理論計算路面溫度場確定最高和最低路面設計溫度。對于出現(xiàn)高溫持續(xù)時間較長，溫度較高的地區(qū)，應考慮瀝青高溫穩(wěn)定性，以免鋪面出現(xiàn)嚴重車轍，應選用標號較大的瀝青。對于低溫持續(xù)時間長的地區(qū)，應選擇等溫黏度較低的瀝青，在低溫地區(qū)加熱加工需要的溫度就比較低。在冰凍地區(qū)則應考慮瀝青的低溫抗裂性，選取合適的標號，是否需要改性瀝青。2） 交通荷載狀況按照設計的載荷水平和軸載次數(shù)進行設計，路面應滿足承載要求和耐疲勞的要求。瀝青低溫或快速荷載下表現(xiàn)出彈性特征，在高溫或慢速荷載下表現(xiàn)出粘性特征，中溫范圍或載荷作用下既表現(xiàn)出彈性，又表現(xiàn)粘性的特質。對于瀝青的要求，則是要有足夠的黏度、穩(wěn)定性和勁度模量，在考慮瀝青PG等級。路面等級和類型路面等級也應當與交通特點結合考慮，對于高等級道路，考慮充分的安全儲備和路面維護等因素，選擇合理等級的瀝青，對于Superpave分級體系中，隨著標號增加，其高溫、低溫和常溫性能逐漸改善。低等級路面的要求就較低一些，可采用較低等級的瀝青。同時根據(jù)當?shù)氐慕煌康燃壓托熊囁俣葘r青PG等級進行“調級”調整。5.分級方法中的問題與研究進展5.1性能分級方法的問題瀝青的產(chǎn)品標準和評價方法隨著人們對瀝青本身和工作環(huán)境認識深化而不斷進步，由于瀝青材料本身是非常復雜的材料，瀝青膠結料與瀝青混合料的路用性能沒有建立直接的聯(lián)系，只是做個大概的預測。目前的PG分級體系有一些不足之處。6°C量度的SHRP溫度分級在反應不同瀝青使用高溫與使用低溫性狀的差異時并不協(xié)調。與目前針入度級方法比較在評定試驗瀝青低溫性能的量度方面，SHRP方法的溫度分級量度偏大⑷。改性瀝青對瀝青的高溫和低溫溫度都有不同程度的改善，應予以考慮。瀝青高溫等級選擇中只考慮了7d最高氣溫平均值，而沒有考慮路面結構處于高溫的時間長短，因此并不能真正的和路面性能相關聯(lián)。5.2性能分級方法研究進展瀝青高溫等級選擇中只考慮了7d最高氣溫平均值，而沒有考慮路面結構處于高溫的時間長短。趙延慶等在“基于路面溫度頻率分布的瀝青PG高溫等級選擇”的研究中建議收集充分的氣象資料，利用集成環(huán)境模型(EICM)預測路面結構20mm處的每小時溫度頻率分布，進而得到基于車轍破壞的瀝青高溫PG等級[7]。對于每一個溫度區(qū)間，其車轍破壞率按如下公式計算：布制誕打玄該溫度區(qū)間的實際軸載次數(shù)*路面溫度位于該區(qū)間的小時數(shù)車轍破壞率= : 率 該溫度區(qū)間能承受的總軸載次數(shù)不同可靠度的PG高溫等級調整公式為：PG=PG^+Z*PG^*[0.000034(￡-20)2RD2]其中：PG^——選定可靠度水平下的PG分級；PGd——50%可靠度的PG分級；匕——緯度；RD 目標車轍深度，15mm;當可靠度為98%時，Z為2.055。該方法能溫度頻率分布考慮在PG分級的選擇中，建立了與路面性能的關聯(lián)。1993年FHWA在加速加載設施ALF共12個試驗段研究中發(fā)現(xiàn)G*/sinO不能很好的反應瀝青的高溫性能。國內(nèi)外研究表明，Superpave規(guī)范中評價瀝青的路用性能指標評價簡單流體的瀝青是有效的，對于復雜流體的改性瀝青卻值得探討引。1996年，美國國家合作公路項目NCHRP9-10“改性瀝青膠結料的Superpave體系”提出了重復蠕變恢復試驗，試驗結果用Burgers黏彈模型擬合，得到的蠕變勁度黏性成分入代替G*/sin6作為評價指標，2001年Bouldin提出了累積應變的概念，有研究人員通過重復蠕變試驗得到的累積應變能較高的評價普通或改性瀝青的高溫性能。6.參考文獻呂偉民，孫大權.瀝青混合料設計手冊.北京，人民交通出版社：2