瀝青及膠泥流變特性與混合料性能的灰關(guān)聯(lián)分析

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1、萬方數(shù)據(jù)公路2009年11月第11期HIGHWAYNov．2009No．11文章編號：0451--0712(2009)11—0169—06中圖分類號：U414．75文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A瀝青及膠泥流變特性與混合料性能的灰關(guān)聯(lián)分析樊亮，宋小金，申全軍，王林(山東省交通科學(xué)研究所濟(jì)南市250031)摘要：為了更好地理解瀝青混合料的路用行為和病害機(jī)制，從瀝青及膠泥流變特性入手，利用灰關(guān)聯(lián)分析方法，探討了瀝青流變特性與瀝青混合料之間的關(guān)系。結(jié)果證明，在對比的19個材料性能指標(biāo)中，瀝青針入度、延度、3200Pa應(yīng)力重復(fù)蠕變試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)度最低；軟化點(diǎn)和黏度關(guān)聯(lián)度較高；相對

2、于常規(guī)指標(biāo)，瀝青和膠泥的流變學(xué)指標(biāo)與混合料性能的關(guān)聯(lián)度普遍較好，在混合料強(qiáng)度方面，瀝青的勁度模量、屈服應(yīng)力、老化樣品100Pa應(yīng)力重復(fù)蠕變試驗(yàn)和車轍因子具有高關(guān)聯(lián)度，均大于98％；混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比TSR更容易受封試件空隙率、膠泥界面黏結(jié)力系數(shù)、法向力等指標(biāo)的影響。這些材料流變學(xué)指標(biāo)在一些路面病害和結(jié)構(gòu)行為中具有更好的說明意義。關(guān)鍵飼：瀝青膠泥；法向力f屈服應(yīng)力，蠕變恢復(fù)I水損害；灰關(guān)聯(lián)分析瀝青對瀝青混合料的路用性能有密切的影響，其性質(zhì)決定著瀝青混合料的強(qiáng)度、溫度敏感性、水穩(wěn)定性和耐久性，最終決定著瀝青混凝土路面的路用性能?？傮w來說，影響瀝青混合

3、料性能的材料因素很多，如果從微觀、宏觀兩個層次上講，可以分為材料組成、界面行為、混合料結(jié)構(gòu)三個方面。材料組成的影響具有化學(xué)、物理的雙重影響作用，如瀝青成分與集料組成的化學(xué)鍵和作用為化學(xué)影響，瀝青與礦粉的復(fù)合又具有物理硬化的過程；界面行為和混合料結(jié)構(gòu)更多是物理作用機(jī)制，如嵌擠、嵌合、機(jī)械錨固等作用[1]。多個層次的協(xié)同，賦予了混合料的黏彈性、強(qiáng)度等具體特征。但在試驗(yàn)評價(jià)的過程中，目前仍多依賴材料的經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)，如瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度等，由于試驗(yàn)條件并不能接近于路用材料實(shí)際工作狀態(tài)，故與瀝青混凝土路面行為機(jī)制相關(guān)性并不優(yōu)越嘲。而流變學(xué)指標(biāo)則體現(xiàn)出一定優(yōu)

4、勢，通過模擬材料的受力、剪切過程，可更大程度上接近瀝青混凝土路面的使用條件，無論是在材料性能對比、評價(jià)和病害產(chǎn)生機(jī)理上更具說明意義；并且，現(xiàn)代流變儀器表征能力愈來愈強(qiáng)，我們可以對瀝青、膠泥、界面等方面進(jìn)行不同的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探討不同層次的材料指標(biāo)對瀝青混合料的影響。資助項(xiàng)目z山東省交通科科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號2008Y107收稿日期：2009一02—27鑒于此，本文利用試驗(yàn)獲取的瀝青常規(guī)性能、材料流變性能(法向力、屈服應(yīng)力，重復(fù)蠕變、車轍因子、低溫彎曲蠕變)、界面行為(膠泥界面黏結(jié)力系數(shù)、瀝青與集料黏附性)、混合料體積指標(biāo)(空隙率)等數(shù)據(jù)，以瀝青混合料的

5、劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比為參考目標(biāo)，進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，研究不同層次材料指標(biāo)對瀝青混合料的性能影響程度。1試驗(yàn)與評價(jià)方法1．1試驗(yàn)介紹瀝青選用3種道路石油瀝青(ZH50、ZH70，ZH90)，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052--2000)進(jìn)行常規(guī)指標(biāo)檢測[3]。瀝青混合料選用AC_20類型，其中集料和礦粉為石灰?guī)r質(zhì)，3種瀝青均采用4．2％瀝青含量；按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行瀝青黏附性試驗(yàn)和混合料凍融劈裂試驗(yàn)。在膠泥試驗(yàn)中，選用與AD20混合料的相同粉膠比(，口=1．1)進(jìn)行膠泥配置。利用AR2000EX動態(tài)剪切流變儀測取了瀝青和膠泥一些流

6、變學(xué)指標(biāo)；除了低溫彎曲蠕變試驗(yàn)[1]，～些流變試驗(yàn)(如屈服應(yīng)力、法向力、重復(fù)蠕變、界面黏結(jié)力系數(shù))在瀝青材料研究上應(yīng)用較少，本文將其簡單介紹如下，具體可參考相關(guān)文獻(xiàn)。萬方數(shù)據(jù)公路2009年第11期(1)表觀屈服應(yīng)力。屈服應(yīng)力為材料不呈現(xiàn)流體行為時(shí)候所受到的最大應(yīng)力，即引起材料流動的最小剪切應(yīng)力C4]。這意味著當(dāng)一種材料受到的力小于屈服應(yīng)力時(shí)候，材料不會發(fā)生持久地塑性形變，或只是發(fā)生緩慢的蠕變行為。該應(yīng)力依賴于試驗(yàn)時(shí)間、剪切頻率等因素，可以模擬相同的剪切條件，對不同的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的橫向?qū)Ρ取１疚牟捎谜鹗帒?yīng)力掃描方式，在50℃、10rad／s條件下

7、獲取了3種基質(zhì)瀝青的屈服應(yīng)力。圖1為3種基質(zhì)瀝青的表觀屈服應(yīng)力的測試曲線，其中屈服應(yīng)力以G。／sins子和ta耐失去線性時(shí)的最大應(yīng)力。(2)瀝青及膠泥的法向應(yīng)力。當(dāng)材料受到剪切時(shí)，由于彈性作用在垂直剪切方向上產(chǎn)生應(yīng)力，即法向應(yīng)力，它是聚合物材料常見的特性[5]。法向力現(xiàn)在也被應(yīng)用在瀝青混凝土路面性能或破壞的解釋上，特別是一些關(guān)于瀝青在路面結(jié)構(gòu)的遷移行為，與瀝青材料或膠泥材料的法向力有關(guān)[6]。試驗(yàn)在50℃、10rad／s的條件下，獲得3種基質(zhì)瀝青及膠泥的法向力。矗生＼m腋揖料圖1表觀屈服應(yīng)力的獲取(3)多應(yīng)力重復(fù)蠕變試驗(yàn)。按照AASHTOTP71多應(yīng)

8、力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)(MSCR)試驗(yàn)方法[7]，進(jìn)行老化前后瀝青的多應(yīng)力重復(fù)蠕變試驗(yàn)。施加100Pa和3200Pa