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评价沥青高温和低温性能的新指标
摘要
为了准确评价沥青的性能，在流变力学的基础上提出了一种新的动态粘弹性指数(DVI)。为了验证这一新指标，对六种沥青进行DVI评价。 对6种沥青混合料进行了高温和低温试验，分别用沥青路面分析仪和间接拉伸试验进行了试验。结果表明dvi和温度s 关系良好，可以用二次函数拟合。曲线的斜率在50°C左右变化，曲线可分别用线性模型拟合。由于dvi与沥青混合料的性能有很好的关系，因此建议采用dvi作为沥青混合料高温、低温性能的指标。
作者关键词：沥青；龄性；道路性能；动态粘弹性指数
背景
沥青路面是高等级公路的主要形式.许多研究表明，沥青的性能对沥青混合料的性能有很大的影响(Al-Hadidy和Tan 2011； Khattak等人2007年；Mehrara和Khodaii，2010年)。因此，准确评价沥青的性能，选择合适的材料，对于延长沥青路面的使用寿命具有重要意义。
沥青是一种典型的粘弹性材料，其流变性能将对其性能产生重要影响(AKisetty等，2011年；Michalica等人，2008年；Szydlo和Mackiewicz，2005年)。这个战略公路研究项目(SHRP)在沥青地区进行的研究，考虑到了流变特性的影响，导致了性能基础的发展。许多研究人员致力于实施这些新的试验和规范，以研究沥青和混合料的性能(Domke Et， 艾尔。1999年；Nejad等人。2012年；Newman和Janoo，1999年)。然而，SHRP只对几种纯沥青进行了研究，因此本课题提出的一些指标不适用于某些改性沥青(Galal和GALL，怀特，1997年；Marasteanu，2007年)。为了表征改性粘结剂的高温性能，提出了用多次应力蠕变恢复试验(Mscr)得到的jnr对改性后的粘结剂进行评价的方法。最近被大量研究(Bahia等人，2011年；Dlsquo;Angelo，2009年；Wasage等人。2011年)。
沥青路面在较宽的温度范围内工作，从minus;40°C到70°C，根据不同工作温度条件下的道路性能要求，提出了几个不同的参数。 因此，提出了不同的试验方法，使得沥青的评价过程十分繁琐。
针对这些问题，在流变力学的基础上提出了一种新的评价沥青高温低温性能的新指标。这个指数 并通过六种沥青混合料和沥青混合料进行了验证。
动态粘弹性指数的构造
通过沥青的动态剪切流变试验，可以得到两个粘弹性参数：一个是相位角。
相位角可以反映沥青中粘性组分和弹性组分的比例。相位角越小，材料的力学行为越接近弹性材料；相位角越大，材料的力学行为越接近粘性材料。因此，较小的相位角意味着沥青在高温下具有较好的抗车辙能力。相位角越大，沥青在低温下的抗裂性能越好。
另外一个粘弹性参数，复粘度eta;，也可以从试验中得到。较大的动态粘度值意味着更好的抗变形能力。在高温下，需要更大的动态粘度值。在低温下，沥青需要更好的柔性ab。 为了减少裂纹，需要更小的动态粘度。
这两个参数都与沥青的路用性能有关，但在使用这些参数分别评价沥青的性能时，存在一些缺陷，如图所示。
从图1可以看出，沥青A和沥青B的相位角是相同的。以相位角为指标时，两种沥青的性能似乎是一致的。然而，损失m 两种沥青的胶结(G0 0)是不同的。从埃克。(2)G0 1/4omega;eta;0，因此两种沥青的动态粘度有很大的不同，这意味着粘弹性支柱的存在。 这两种沥青的性能完全不同。仅用动态粘度来评价沥青性能时，也会出现类似的情况。
从以上分析可知，沥青的相位角和动态粘度都能部分反映沥青的粘弹性特性。相位角可以反映粘度的比例。 沥青中的US和弹性组分以及动态粘度可以反映沥青的抗变形能力。作者试图将这两个指标以一种合理的形式组合在一起，从而得到一个动态。 MIC粘弹性指数(DVI)，能全面反映沥青的粘弹性性能。
当沥青在较高的温度下工作时，沥青的动态粘度越大，就越能抵抗沥青的诽谤(车辙)。沥青的弹性成分比例也有所帮助。 UL可以抵抗车辙，因此需要较小的相位角。在等式里。(3)DVI越高，高温性能越好。因此，较小的 DVI(低温获得)，低温性能越好。
DVI的适用性和有效性
材料和试验方法
材料
本研究使用了六种沥青，其名称和粘结剂的基本性能(JTJE20-2011)如表1所示。
沥青识别剂渗透系数T 800(°C)T1.2(°C)的基本性能XT 84minus;1.701 43.782minus;10.2HXL 81minus;1.713 43.801minus;10.1 TPK 53minus;2.405 45.098 minus;2.8改性沥青Koch 80 1.472 56.136minus;31.3MHXL 46 0.345 58.089minus;16.2 SSH 39 0.526 60.724minus;15.6注：T 800表示等效软化点；T1：2表示等效脆性点。
表2显示了中国规范(JTG-F40-2004)推荐的AC-16 I混合料的骨料级配限值和本研究中选定的级配。
表2.AC-16I筛级配尺寸(Mm)级配上限(%)级配下限(%)选定级配(%)19 100 100 16 95 100 97.5 13.2 75 90 82.5 58 78 78 68 4.75 42 63 52 .5 2.36 32 50 41 1.18 22 37 29.5 0.6 16 28 22 0.3 11 21 16 0.15 7 15 11 0.075 4 8 6。
使用的填料是碳酸钙(CaCO 3)。碳酸钙通过200个筛子，比重为2.734。
采用振动压实机制备了6种沥青混合料。6种混合料的沥青质量分数分别为5%和4.1%，空隙率分别为4.1%和1%。
试验方法
本文采用动态剪切流变仪(DSR)对粘结剂的流变性能进行了测试。这部分涉及将1毫米厚的粘合剂放在一对25毫米直径的平行板上。 用于原始沥青的eter。在不同温度下可获得动态粘度和相位角。
采用沥青路面分析仪(APA)评价沥青混合料的高温性能.试验是在AASHTO TP 63-2003的基础上进行的.在测试之前，样品被放置在 在60°C下放置3h，重复次数为3次。
在该试验中，可以得到试验后的变形深度和稳定相的斜率。在本研究中，采用变形深度来评价asp的高温性能。
为了进行间接拉伸试验，在为此目的而制作的设备中，制备了马歇尔试样并承受了压缩载荷。试验在0°C进行。 符合中国规范T0716-2001(JTJE20-2011).使用环境空气室保持恒定的测试温度。每个样品都在设定的温度下放置在腔内。 e测试前3小时。对所评价的六种混合物中的每一种，制作了三个样品，并取其平均值来表示每种混合物的间接抗拉强度。是通过这个 通过测试，可以得到间接拉伸强度、间接拉伸应变和刚度。
结果与讨论
温度对DVI的影响
为了研究温度对DVI的影响，在频率为1.59Hz的15%应变加载条件下进行了温度扫描试验。温度范围为10-90℃ 由试验所得的10°C区间，可以得到动态粘度和相角，然后根据方程计算DVI。(3)。测试结果如图2所示。
从图2(A)中可以发现，DVI与温度有很好的关系。曲线可用二次函数拟合。拟合结果见表4。
结果表明，在此温度范围内，沥青的粘弹性是非线性的。图2(A)显示，在50°C后，改性后存在明显的差距。
曲线分为高于50°C和低于50°C两部分，分别用线性模型拟合，直线斜率反映了沥青的温度敏感性。 本文定义了温度敏感性系数（TSC）作为温度敏感性系数（TSC），可以反映温度变化对沥青性能的影响程度。拟合结果中的一个显示在图中3,TH TSC越大，温度稳定性越好。
Table 3. Test Condition of APA
Item Value
Temperature 60°C
Load frequency 60= min
Wheel load 445 N
Hose pressure 690 kPa
Number of load 8,000
图2.温度对DVI的影响：(A)不同沥青粘结剂的温度随DVI曲线的变化；(B)DVI曲线的斜率变化
图3.双线性模式拟合结果
利用上述模型，可以在较宽的温度范围内预测dvi值。
用DVI评价沥青的高温性能
采用60°C的DVI值和高于50°C的温度敏感系数对沥青的高温性能进行了评价。结果如图4所示。
DVI越高，抗车辙能力越好，温度敏感系数越大，沥青质量越好。从图4(A)可以看出，DVI Val SSH沥青的UE最大。这意味着这种沥青在六种沥青中具有最好的高温性能。MHXL和Koch的DVI值均小于SSH，而Larg比其他三种沥青。因此，Koch和MHXL沥青的高温性能优于HXL、TPK和XT沥青.总之，改性后的砷的高温性能 本研究中使用的沥青比纯沥青更好。
从图4(B)中可以看出，Koch沥青的温度敏感性系数最小。这意味着，随着温度的变化，Koch沥青比其他沥青更加不敏感。F IG4(B)表明改性沥青具有较好的温度稳定性。
用DVI评价沥青的低温性能
采用0°C下的DVI值和低于50°C的温度敏感系数对沥青的低温性能进行了评价。DVI值0°C是使用上述预测计算的。 离子模型结果如图5所示。
较小的DVI意味着消耗更少的能量来克服粘性阻力。这一特性使沥青流动更加容易，有利于沥青的抗裂性能。温度敏感性越大 系数表示沥青在温度变化时较稳定，沥青质量较好。
从图5(A)中可以看出，Koch的DVI值最小，这意味着这种沥青在低温性能上比其他沥青要好得多。MHXL和HXL Ar的DVI值 E比Koch大，但比别人小，这意味着MHXL和HXL的低温性能优于其他。SSH的低温性能最差，因为它的dv最大。 i。图5(B)显示，Koch和MHXL的温度敏感性最好，其次是SSH，其他温度敏感性相对较差。整体而言，改性沥青显示了Bett。 Er温度稳定性。
DVI与沥青混合料性能的关系
大量的试验结果表明，沥青性能越好，沥青混合料的性能越好。在这一部分中，对沥青混合料的性能与dvi之间的关系进行了探讨。 验证了DVI的准确性。
高温性能的相关性
采用沥青路面分析仪(APA)对沥青混合料的高温性能进行了评价.以8，000次荷载作用后的变形深度作为高温性能指标。试验结果如图6所示。
图4.沥青的高温性能：(A)不同沥青粘结剂在高温下的DVI值；(B)不同沥青粘结剂在高温下的TSC值。
图5.沥青的低温性能：(A)不同沥青粘结剂低温下的DVI值；(B)不同沥青粘结剂低温下的TSC值。
图6.沥青混合料的高温性能
车辙深度越小，高温性能越好。从图6可以看出，在六种沥青混合料中，Koch和SSH混合料的性能最好。 用MHXL混合液浸出。其他三种沥青混合料高温性能较差.此高温评价结果与评价结果相似。 由DVI编辑，如图7所示。
从图7(A)可以看出，在半对数坐标系下，DVI与车辙深度之间存在良好的关系。相关系数(R2)高达0.9。意思是D 温度变化对DVI的影响反映了温度变化程度对沥青性能的影响，而DVI则反映了沥青的流变特性。所以DVI表现出良好的人际关系 P有车辙深度，但没有TSC。因此，我们推荐DVI作为沥青的高温性能的指标。
低温性能的相关性
采用间接拉伸试验对沥青混合料的低温性能进行了评价.以拉伸应变和刚度为指标。测试结果如图8所示。
拉伸应变越大，刚度越小，低温性能越好.从图8可以看出，Koch和Mhxl混合物具有较好的低温性能。 其次是HXL混合物。在六种沥青混合料中，SSH的低温性能最差.沥青混合料低温性能评价结果与 DVI结果，如图9所示
从图9(A)可以看出，在半对数坐标下，dvi与拉伸应变之间存在良好的关系。 沥青的流变特性因此，DVI与拉伸应变关系良好，与TSC关系不明显。因此，建议采用dvi作为沥青的低温性能。
图7.高温性能的相关分析：(A)DVI与深度的关系；(B)TSC与深度的关系。
图8.沥青混合料的低温性能
结论
根据本文提供的测试和分析，本研究的结论总结如下：
1.考虑沥青流变特性与道路性能的关系，提出了一种新的动态粘弹性指数(DVI).有了这个指数，高温和低度 沥青的热性能可以进行评价。
2.DVI与温度的关系可以用二次函数很好地描述。试验结果还表明，该曲线的斜率在50°C左右变化，可以用 线性模型，其中直线的斜率表示沥青的温度敏感性。
3.根据DVI值，SSH沥青的高温性能最好，Koch沥青的低温性能最好.改性沥青比纯沥青具有更好的温度稳定性。
4.DVI与沥青混合料的高温性能和低温性能有很好的相关性，但温度敏感性系数不明显。建议将dvi用作沥青的高温低温性能指标。
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