热久久99精品综合久久,亚洲欧美日本国产专区一区,亚洲另类国产欧美一区二区,日本a级久久久久久

摘 要

道路瀝青的抗水損害性能及耐久性與其粘附及愈合性能息息相關(guān)。采用BBS實驗對不同摻量SBS改性瀝青的粘附性能和愈合性能進行評價。分析了粘附強度、愈合系數(shù)與瀝青模量、黏度間的關(guān)系，建立起粘附強度與SMA瀝青混合料水穩(wěn)定性的關(guān)系瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。實驗結(jié)果表明，SBS能明顯改善基質(zhì)瀝青的粘附強度，粘附強度隨SBS摻量的提高而提高，但其粘附愈合性能則隨著SBS摻量的提高而減小。瀝青粘附強度與復(fù)數(shù)模量及135℃旋轉(zhuǎn)黏度均呈正相關(guān)關(guān)系，粘附愈合系數(shù)與二者呈負相關(guān)關(guān)系。SBS改性瀝青的粘附強度與由其制備的SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)具有明顯正相關(guān)關(guān)系，采用BBS實驗可以準(zhǔn)確地對瀝青混合料的水穩(wěn)定性進行預(yù)測與評價。

關(guān)鍵詞 SBS改性瀝青 | 粘附性 | 愈合性 | 水穩(wěn)定性

隨著道路服役時間的延長，瀝青路面的耐久性開始受到越來越多的關(guān)注。瀝青道路的耐久性體現(xiàn)在抗車轍、抗水損害與抗疲勞開裂等方面。研究表明[1-2]，由于車輛荷載的反復(fù)作用和氧氣、雨水等氣候變化的共同作用，路面產(chǎn)生的動水會在瀝青面層的孔隙中不斷對混合料進行沖刷與剝離，造成瀝青路面發(fā)生局部的松散、脫落、坑槽等病害，進而引發(fā)瀝青路面的耐久性破壞。而松散、水損病害發(fā)生的內(nèi)在原因是瀝青與集料之間粘結(jié)性能不足[3]。但瀝青與集料間的粘結(jié)并不是一次性的，在合適的溫度與壓力下，處于相互脫離狀態(tài)的瀝青-集料會產(chǎn)生愈合行為，使得粘結(jié)力得到一定程度的恢復(fù)。目前普遍認(rèn)為，瀝青自愈合行為的產(chǎn)生是基于表面能理論[3]和界面潤濕與擴散理論[4-5]。瀝青-集料界面或者是瀝青本身產(chǎn)生的微裂縫處的瀝青，在裂縫界面的分子間范德華力與氫鍵形成的化學(xué)吸附作用力的驅(qū)動下，為降低表面能，瀝青分子會逐漸自發(fā)擴散，產(chǎn)生對集料界面的浸潤與吸附，從而彌合瀝青間的微裂縫及瀝青-集料界面的間隙?；跒r青的自愈合現(xiàn)象，從宏觀角度看，路面微裂縫在夏季高溫期間，一般會有減少的現(xiàn)象。綜上，準(zhǔn)確評估瀝青集料的粘結(jié)性能與愈合性能，對于提高瀝青路面的使用性能，改善道路的疲勞開裂狀況，延長其使用壽命具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者嘗試用很多試驗方法對瀝青集料界面的粘結(jié)與愈合進行評價[6-7]，其中，BBS(BinderBondStrength)試驗是一種較為簡單、直觀地評價瀝青集料界面粘結(jié)性能的測試方法，已被列入AASHTOTP-91中。BBS試驗是通過測量拔頭與集料石板之間的粘結(jié)強度來反映二者之間的粘結(jié)效果，國外已有較多研究[8-10]。國內(nèi)利用此試驗進行的研究相對較少，周璐等[11]采用BBS試驗對多種聚合物改性瀝青的粘附性能進行評價，結(jié)果表明，SBS、PE和橡膠等改性劑均會顯著提高瀝青與集料的粘附性能。其中，SBS對瀝青粘附性能的提升最明顯。

由于目前國內(nèi)的改性瀝青市場上SBS改性瀝青占據(jù)很大份額，國內(nèi)大部分高等級道路選用SBS改性瀝青進行鋪筑。本文將基于BBS試驗，對不同摻量的SBS改性瀝青的粘結(jié)性能與愈合性能進行評價。并建立SBS改性瀝青的粘結(jié)、愈合性能與其模量、黏度等流變指標(biāo)之間的關(guān)系。最后，通過瀝青混合料的凍融劈裂試驗，驗證利用BBS試驗來評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的合理性。

試驗

試驗材料

(1)基質(zhì)瀝青和SBS改性劑

基質(zhì)瀝青：中海油70#基質(zhì)瀝青；SBS：4402線型SBS改性劑，岳陽巴陵石化生產(chǎn)?；|(zhì)瀝青和不同摻量SBS改性瀝青的基本技術(shù)性能見表1。

(2)天然集料及礦粉

試驗采用1檔石灰?guī)r集料和2檔玄武巖集料。石灰?guī)r集料：0~3mm；玄武巖集料：5~10mm和10~150mm。礦粉：石灰?guī)r礦粉。天然集料和礦粉的基本物理性能及級配組成見表2。

(3)纖維

纖維能夠提高瀝青與礦粉的粘附性，大大提高瀝青混合料的黏度，起到增強瀝青混合料、防止泛油的作用。實驗采用深圳市恒悅達建筑材料有限公司所生產(chǎn)的絮狀聚酯纖維，其物理性能指標(biāo)如表3所示。

瀝青混合料配合比設(shè)計

根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中SMA瀝青混合料配合比設(shè)計方法，以石灰?guī)r集料、玄武巖集料和石灰?guī)r礦粉配制SMA-13瀝青混合料。SMA-13瀝青混合料中，聚酯纖維摻量為混合料總質(zhì)量的0.3%；SBS改性瀝青摻量分別為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的2.0%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%、9.0%。然后，以4%目標(biāo)空隙率確定SMA-13瀝青混合料的最佳油石比，配合比設(shè)計結(jié)果見表4。

試驗方法

(1) 基本性能

根據(jù)JTGE20-2011《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》，測試基質(zhì)瀝青和不同摻量SBS改性瀝青的25℃針入度、軟化點和5℃延度。

(2) BBS試驗

按照ASSHTOTP-91，采用BBS試驗對SBS改性瀝青的粘附性能和粘附愈合性能進行研究。加載速率為0.7MPa/s，瀝青膜的厚度控制為0.2mm。試件的成型及試驗步驟如下：

1)將玄武巖石板、拔頭在170℃下加熱1h待用，同時將SBS改性瀝青在170℃下加熱至液態(tài)。

2)將約1g的SBS改性瀝青滴到玄武巖石板上，然后立即將拔頭放在瀝青上，并施加以恒定荷載，使多余瀝青從溢流孔中流出，保證瀝青膜的厚度為0.2mm。

3)將成型好的試件在25℃下靜置1h，然后放入40℃水中進行水浴養(yǎng)護(水浴的目的為令試件發(fā)生粘附破壞)。水浴養(yǎng)護結(jié)束后放入恒溫恒濕箱(25℃、相對濕度30%)中靜置1h，取出后立即進行BBS試驗，得到瀝青的初始粘結(jié)強度。

4)為了研究SBS改性瀝青的粘結(jié)愈合性能，對浸水72h的試件進行第1次拉拔破壞后，立即將拔頭放回至原位置(不施加外力)，將試件在25℃水浴條件下養(yǎng)護24h，以模擬瀝青-集料粘結(jié)愈合的過程。水浴養(yǎng)護后，將試件在25℃恒溫恒濕箱中靜置1h，然后再次進行BBS試驗，得到瀝青的恢復(fù)粘結(jié)強度。將恢復(fù)粘結(jié)強度與初始粘結(jié)強度之比定義為瀝青的粘附愈合系數(shù)H(IHealingIndex)。

(3)DSR試驗

對不同摻量SBS改性瀝青的復(fù)數(shù)模量進行測試，然后分析SBS改性瀝青的復(fù)數(shù)模量對其粘結(jié)性能及愈合性能的影響。DSR試驗溫度為25℃，頻率為10Hz，應(yīng)變水平為3%。

(4)凍融循環(huán)(TSR)試驗

根據(jù)JTGE20-2011中T0729-2000對SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強度比進行測試，并對SBS改性瀝青的粘結(jié)性能與對應(yīng)SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性的相關(guān)性進行了分析。

試驗結(jié)果與討論

SBS摻量對改性瀝青性能的影響

(1)SBS摻量對改性瀝青粘附性能的影響

浸水時間分別選取24、48、72、96h。浸水時間對基質(zhì)瀝青和不同SBS摻量改性瀝青粘附強度的影響見圖1。

由圖1可見：

1)未浸水時(浸水養(yǎng)護時間為0)，瀝青的粘附強度隨著SBS摻量的增加而提高。摻2.0%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%、9.0%SBS改性瀝青的粘附強度相對于基質(zhì)瀝青分別提高了44.0%、62.6%、134.1%、170.3%、209.9%和254.9%。說明在干燥條件下，SBS對瀝青的粘附強度有明顯的提升作用，且摻量越高，粘附強度提升效果越好。這是因為，當(dāng)基質(zhì)瀝青中摻入SBS后，SBS會吸收部分瀝青輕質(zhì)組分產(chǎn)生溶脹，導(dǎo)致瀝青中芳香分、飽和分等非極性輕質(zhì)組分的含量減小，而瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等極性組分的含量增大。這會促使瀝青中極性組分與集料表面的吸附效果更好，進而提高了瀝青的粘附性能。

2)隨著浸水養(yǎng)護時間的延長，基質(zhì)瀝青與不同摻量SBS改性瀝青的粘附強度均呈現(xiàn)一定程度的降低。在浸水的最初48h內(nèi)，瀝青的粘附強度下降較快，浸水48h時，基質(zhì)瀝青與2.0%、3.0%、4.5%、6.0%、7.5%、9.0%SBS改性瀝青的粘附強度較未浸水時分別降低了53.8%、53.4%、52.7%、47.9%、48.0%、42.6%和31.6%。從趨勢上看，SBS的加入，延緩或者降低了水對瀝青粘附性能的不利作用，且SBS摻量越高，效果越明顯。這說明，SBS能夠有效改善瀝青的抗水損害性能。

3)隨著浸水時間的進一步延長，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的粘附強度下降幅度減小。當(dāng)浸水時間超過72h時，瀝青的粘附強度基本不變。這說明，水對于瀝青-集料界面粘附性能的影響主要發(fā)生在0~72h內(nèi)。當(dāng)浸水時間超過72h時，水對SBS改性瀝青-集料界面粘附性能的影響明顯減弱。

(2)SBS摻量對改性瀝青愈合性能的影響

為了研究SBS改性瀝青的粘結(jié)愈合性能，對浸水72h的試件進行第1次拉拔破壞后，立即將拔頭按照原位放回，并將試件放入25℃水浴箱中進行水浴愈合養(yǎng)護24h。然后取出，在25℃干燥條件下靜置1h后再次進行拉拔試驗，從而得到粘附愈合系數(shù)。將基質(zhì)瀝青與不同摻量SBS改性瀝青的粘附愈合系數(shù)試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，隨著SBS摻量的增加，SBS改性瀝青的粘附愈合系數(shù)總體呈顯著減小的趨勢。當(dāng)SBS的摻量由0增加到9.0%時，SBS改性瀝青的粘附愈合系數(shù)由0.64下降到0.16。這說明，SBS的摻入明顯降低了瀝青的粘附愈合性能，且摻量越高，瀝青的粘附愈合性能越差。該試驗結(jié)果與文獻[8]的一致。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是，瀝青-集料界面的愈合行為主要依賴于瀝青與集料表面的潤濕、擴散過程。瀝青與集料表面的潤濕、擴散速率越快，瀝青與集料界面的愈合效果越好。隨著SBS摻量的增加，SBS會吸收瀝青中的輕組分產(chǎn)生溶脹，這同樣會使得瀝青中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等大分子的含量提高。瀝青中重質(zhì)分子含量的提高不利于瀝青發(fā)生潤濕、擴散等行為，進而降低了瀝青的愈合能力。此外，SBS自身沒有愈合能力，它的存在也會影響瀝青與集料界面的擴散行為，進而會對SBS改性瀝青的愈合能力產(chǎn)生不利影響。

(3)SBS摻量對改性瀝青復(fù)數(shù)模量和黏度的影響不同SBS摻量改性瀝青的25℃復(fù)數(shù)模量和135℃旋轉(zhuǎn)黏度如圖3所示。

由圖3可以看出，SBS的摻入顯著提高了瀝青的復(fù)數(shù)模量與黏度，且隨著SBS摻量的增加而逐步提高。表明SBS的摻入能明顯改善道路基質(zhì)瀝青的彈性與高溫黏度，從道路的耐久性與長期的抗水損害性能來看，SBS的摻入具有積極影響。

SBS改性瀝青的流變性對其粘附性能和粘附愈合性能的影響

(1)復(fù)數(shù)模量與其粘附性能和粘附愈合性能的關(guān)系

將不同SBS摻量改性瀝青的25℃復(fù)數(shù)模量與經(jīng)不同浸水時間的瀝青粘附強度及其粘附愈合系數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見：1)不同SBS摻量改性瀝青的粘附強度、粘附愈合系數(shù)與其復(fù)數(shù)模量呈明顯的相關(guān)性。隨著瀝青復(fù)數(shù)模量的增大，瀝青的粘附強度也逐漸提高，在不同浸水時間下，二者都有明顯的線性相關(guān)性。2)粘附愈合性能隨著復(fù)數(shù)模量的提高而逐漸下降。這同樣可以用SBS改性瀝青中化學(xué)組分的變化進行解釋。隨著SBS摻量的增加，SBS逐漸吸收輕質(zhì)組分產(chǎn)生溶脹，使得瀝青中重質(zhì)組分含量提高；同時SBS在瀝青中逐漸形成空間網(wǎng)狀相態(tài)結(jié)構(gòu)，使改性瀝青的復(fù)數(shù)模量提高。因此，造成瀝青的流動性變差及瀝青中輕質(zhì)組分?jǐn)U散、潤濕集料的效果變差，從而降低瀝青的粘附愈合性能。

(2)黏度與其粘附性能和粘附愈合性能的關(guān)系

將不同SBS摻量改性瀝青的135℃旋轉(zhuǎn)黏度與經(jīng)不同浸水時間的改性瀝青粘附強度和粘附愈合系數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見，隨著SBS改性瀝青黏度的增大，其粘附強度逐漸提高，粘附愈合系數(shù)逐漸減小，SBS改性瀝青的黏度與其粘附強度和粘附愈合系數(shù)具有較好的相關(guān)性。說明SBS改性瀝青的黏度會明顯影響其粘附性能及粘附愈合性能。同樣，SBS改性瀝青黏度會影響瀝青在集料表面的擴散、潤濕等行為，從而影響其粘附強度和粘附愈合性能。

SBS改性瀝青的粘附性與瀝青混合料水穩(wěn)定性的關(guān)系

將不同SBS摻量改性瀝青的粘附強度與由其制備的SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強度比(TSR)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖6。

由圖6可見，不同SBS摻量下，瀝青的粘附強度與由其制備的SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強度比具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均達到0.8以上。隨著SBS改性瀝青粘附強度的提高，SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸增強。這證明了可以通過BBS試驗來較為方便地評價SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

結(jié)論

(1)未浸水條件下，SBS對瀝青的粘附強度有較為明顯的提升作用，且摻量越高，對粘附提升效果越好。隨著浸水時間的延長，基質(zhì)瀝青與不同摻量SBS改性瀝青的粘附強度均下降，但SBS能減緩水對瀝青粘附性的不利作用。

(2)隨著SBS摻量的增加，SBS改性瀝青的粘附愈合性能逐漸下降。

(3)不同浸水養(yǎng)護時間下，SBS改性瀝青的粘附強度與其復(fù)數(shù)模量及135℃旋轉(zhuǎn)黏度呈較明顯的正相關(guān)；而其粘附愈合系數(shù)與其復(fù)數(shù)模量及135℃旋轉(zhuǎn)黏度呈負相關(guān)。

(4)不同摻量SBS改性瀝青的粘附強度與由其制備的SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強度比具有較好的相關(guān)性(R^2>0.8)，這表明可以通過BBS試驗?zāi)茌^為方便地評價SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。