高粘沥青与沥青混合料性能对比研究

张金生 马丽莉 陈奕辛

(1.江苏瑞沃建设集团有限公司， 江苏 扬州；225652；2.东南大学， 江苏 南京 211189)

0 引言

排水路面因其优异的排水、降噪以及雨天行车安全性而受到广泛关注。排水路面为开级配沥青混合料，具有粒径大、空隙大、细集料使用量少的特点，与水长时间的接触，会导致严重的路面水损害[1]。此外，排水路面容易出现结构松散问题，进而影响路面结构性能。为提高排水路面使用寿命，必须采用与石料粘结性能良好的高粘沥青材料进行补强处理[2]。

1 试验材料

选取自主研发的高粘沥青SVA、交通运输部公路科学研究院的HVA 改性剂和日本大有公司的TPS 改性剂为研究对象，对三种高粘沥青的性能进行测试和对比分析。采用HVA 和TPS 改性剂按12:88 制备高粘度改性沥青。

沥青混合料中粗集料与细集料为玄武岩，矿粉为石灰岩，选择OGFC-13 作为沥青混合料的级配，进行沥青混合料的配合比设计，矿料配合比如表1 所示。通过试验设计，最终确定油石比采用4.6%，马歇尔试件的空隙率为20.8%。

表1 OGFC-13 沥青混合料矿料级配

2 沥青性能分析

2.1 基本性能

对比SVA、HVA、TPS 三种高粘沥青的基本性能，包括三大指标、动力粘度、布氏粘度等，对比结果如表2 所示。

表2 高粘沥青性能对比

经试验研究表明，三种高粘度沥青性能良好，加入SVA 改性剂的高粘沥青动力粘度为154020 Pa·s，加入HVA 改性剂的高粘沥青动力粘度为184235 Pa·s，两者差异不显著；在60℃条件下，加入TPS 改性剂的高粘沥青下动力粘度较小，仅为36843 Pa·s；在粘韧性、韧性技术指标方面，加入SVA 的高粘沥青表现显著优于加入HVA 和TPS 的高粘沥青。在135℃旋转粘度指标对比来看，TPS 相对于HVA 和SVA 较小，。从针入度指标方面分析，SVA 显著高于HVA 和TPS。从高粘沥青性能指标分析，其针入度越低，表明其稠度越高，而稠度高的沥青，其粘度也越高。从软化点指标进行分析，相对于TPS 和HVA 改性沥青而言，SVA 软化点较低，在5℃条件下，加入SVA 改性剂的高粘沥青延度相对较高，低温性能表现优异。综合分析高粘沥青各项指标，与加入HVA 和YPS 改性剂的高粘沥青相比，SVA 高粘沥青具有良好的粘度和粘韧性，能够与集料产生良好的握裹力，从而增强排水路面高粘沥青路用性能。

2.2 抗老化性能

对比SVA、HVA 和TPS 三种高粘沥青的抗老化性能，开展旋转薄膜烘箱加热试验（RTFOT），通过模拟沥青实际生产、加工、贮存和运输等过程，实现高粘沥青的短期老化，试验结果如表3。

表3 不同高粘沥青RTFOT 试验结果

经试验研究表明，三种高粘沥青在老化试验后均有不同程度的降低。通过数据分析可以得出：三种高粘沥青残留针入度差异不显著，其残留针入度均在70%以上。向从衰减幅度来看，SVA 高粘沥青幅度最小；从延度保留率来看，三种高粘沥青的差异显著，HVA 和TPS 延度保留率仅为38.1%和50.3%，表明改性沥青老化严重，在低温条件下路用性能较差。SVA 高粘沥青延度保留率为71.2%，显著高于HVA 和TPS，在低温条件下具有显著的应用优势。从60℃动力粘度指标方面分析，三种高粘度沥青的动力粘度在老化后均有不同程度的增加，但粘度老化指数（VAI）差异不大，其中，SVA 的VAI 值最小，相较于SVA，HVA、TPS 粘度老化指数分别高45.5%、101.3%。通过对三种高粘沥青老化性能指标进行分析，三种高粘沥青抗老化性能存在一定的差异，其中，SVA 高粘沥青抗老化性能显著优于HVA 和TPS 高粘沥青。

3 混合料性能分析

选择SVAM（采用自研SVA 改性制备高粘沥青混合料）、HVAM（采用HVA改性制备的高粘沥青混合料）和TPSM（采用TPS 改性制备的高粘沥青混合料）开展路用性能研究，以沥青混合料抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳性能等指标衡量高粘沥青路用性能。

3.1 马歇尔试验

对比三种沥青混合料，由表4 可知，TPSM 的飞散损失最小，SVAM 析漏损失最小；HVAM 马歇尔试验稳定度最低，肯塔堡飞散损失相对较大，但析漏损失较小，说明HVAM 中沥青与混合料粘附性最差。SVAM 的马歇尔稳定度和飞散损失均处于SVAM 和TPSM 之间。

表4 高粘沥青混合料马歇尔试验结果

3.2 高温稳定性

选择车辙试验评价高粘沥青混合料的高温性能，试验温度为60℃，试验结果如图2 所示。

图2 沥青混合料车辙试验结果

由图2 车辙试验数据表明，HVAM 沥青混合料动稳定性最高，SVAM 略低，TPSM 最低。在采用自研高粘沥青制备过程中，充分考虑了沥青60℃动力粘度指标性能，而且加强对高粘沥青综合性能的关注，包括高温年度、低温性能与稳定性等指标，造成自研改性沥青高温性能有所下降。TPSM 的动力粘度最小，对混合料的高温性能影响较大。

3.3 水稳定性

分别从浸水马歇尔试验、浸水抗飞散和冻融劈裂试验对高粘沥青混合料水稳定性进行研究和评价。

相较于SVAM 和TPSM 而言，HVAM 稳定度及浸水48h 稳定度表现良好，TPSM稳定度和浸水48h 稳定度优于SVAM，但从残留稳定度指标来看，SVAM 表现优异，其残留度指标较TPSM 和HVAM 分别高2.1%、10.1%，充分说明SVAM 稳定度浸水前后差异不显著，强度损失小，水稳性能良好。

图3 不同胶结料类型飞散损失对比

从图3 数据对比分析来看，TPSM 浸水前后飞散损失最小，SVAM 略低，HVAM浸水飞散损失最大。通过对比分析浸水前后飞散损失变化值前后损失差值（浸水飞散损失-标准飞散损失）大小排列顺序为HVAM＞TPSM＞SVAM，其中，SVAM较标准飞散损失增加约53.6%，TPSM 相较于标准损失增加约68.5%，HVAM 较标准飞散损失增加约71.8%。同时，SVAM 浸水飞散损失性比TPSM 仅高出0.4%，从排水路面长期路用性能来看，SVAM 水稳性能良好，但两者差异不显著。

从冻融劈裂性能指标来看，三种高粘沥青混合料经冻融劈裂后劈裂强度均有不同程度的下降。通过对比分析冻融前后劈裂强度差异，HVAM 最小，TPSM＞SVAM＞HVAM，充分表明TPSM 具有较高的抗冻融劈裂强度性能。

从试验结果来看，TPSM 稳定度性能良好，浸水48h 稳定度与劈裂强度试验表现良好，标准飞散损失、浸水飞散损失较低，充分表明TPSM 高粘沥青混合料具有良好的强度性能和抗飞散性能；SVAM 高粘沥青混合料具有良好的残留稳定性，其冻融劈裂强度比和浸水飞散损失增加比较小，充分表明SVAM 具有良好的水稳性能。

3.4 低温性能

低温弯曲试验是评价高粘沥青混合料低温抗裂性能的重要方法，在-10℃试验条件下，三种高粘沥青混合料低温性能如表6 所示。弯曲劲度模量大小排列顺序为HVAM＞TPSM＞SVAM。该指标时横梁低温弯曲破坏时所需的能量，该指标越小，则表明需要的能量越大。根据试验结果，SVAM 弯曲劲度模量最小，表明在低温条件下SVAM 沥青混合料更难以受到破坏；最大弯拉应变指标与弯曲劲度模量指标定义相反，最大弯拉应变指标越大，表明沥青混合料柔性越高，其延展性性能良好。SVAM 最大弯拉应变指标值最大，表明该沥青混合料低温抗裂性能良好。综合分析抗裂试验结果，充分表明SVA 改进沥青与集料握裹性良好，在使用SVA改性沥青的情况下，集料之间粘结性能优异。

表6 沥青混合料低温抗裂性能试验结果

4 结论

不同高粘沥青对排水路面性能具有重要影响，对比SVA、HVA 和TPS 三种高粘沥青或高粘改性剂的沥青和沥青混合料性能，其中，SVA 和HVA 的动力粘度是TPS 的5 倍左右，SVA 的动力粘度略小于HVA， SVA 与集料的握裹性良好，低温性能更好；SVA 短期老化后的针入度值、低温延度均优于HVA 和TPS，具有较好的抗老化性能。

TPSM 具有最小的飞散损失，SVAM 的析漏损失最小，SVAM 的动稳定度比HVAM 小，但相差不大。SVAM 具有更高的残留稳定度、冻融劈裂强度比，因而水稳性能更优。SVAM 的最大弯拉应变最大，相比其它两种混合料具有更好的低温抗裂能力。与HVAM 和TPSM 相比，SVAM 有更好的水稳性能和低温抗裂性能，具有较好的高温性能。