翟文卿，栗振鋒

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，太原 030024)

道路交通量的快速增長(zhǎng)，瀝青路面呈現(xiàn)一定的病害，例如擁包、車(chē)轍、開(kāi)裂等，直接影響道路的使用，不僅影響道路的正常使用，還增加了維修資金。最值得引起注意的是道路的使用壽命，影響道路使用年限的因素有路面的高溫性能、抗疲勞性能等[1]。

瀝青的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，雖然包含多種化學(xué)成份以及非金屬元素，還有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物，但是瀝青擁有無(wú)定形結(jié)構(gòu)物的一些常見(jiàn)特性[2]。瀝青屬于粘彈性，一般的基質(zhì)瀝青是均相體，即內(nèi)部只有一種物質(zhì)組成，但是溫度和頻率的不同，也會(huì)使瀝青的內(nèi)部發(fā)生改變。

logG′-logG″稱(chēng)作Han曲線(xiàn)，它是Han提出用于研究均相聚合物的一種說(shuō)法，其中G′為存儲(chǔ)模量，G″是損耗模量。由于瀝青的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，是聚合物，進(jìn)而可以研究在溫度變化情況下的Han曲線(xiàn)，從而得到瀝青內(nèi)部的相態(tài)結(jié)構(gòu)，分析瀝青的道路使用情況[3]。

1 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

1.1 鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青Han曲線(xiàn)的溫度依賴(lài)性

運(yùn)用DSR進(jìn)行頻率掃描試驗(yàn)，在1～20 rad/s的頻率區(qū)間內(nèi)對(duì)鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青做頻率掃描試驗(yàn)，運(yùn)用DSR儀器在溫度-10 ℃～50 ℃區(qū)域內(nèi)進(jìn)行頻率掃描，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到Han曲線(xiàn)如圖1：

圖1 鎮(zhèn)海70#瀝青的Han曲線(xiàn)

Fig.1Hancurvesof70#asphaltatdifferenttemperature

由圖1可知，鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青不隨溫度的變化發(fā)生變化，說(shuō)明在此溫度區(qū)間內(nèi)該瀝青不具有溫度依賴(lài)性，再由表1得到，該瀝青的斜率均大于1，且相關(guān)性很強(qiáng)，而Han曲線(xiàn)的變化率可以揭示瀝青內(nèi)部分子的數(shù)量的分散情況[3]，當(dāng)曲線(xiàn)變化率小于1時(shí)物質(zhì)可以當(dāng)做均相體研究，即該瀝青內(nèi)部只有一種物質(zhì)的狀態(tài)。因此，該基質(zhì)瀝青在試驗(yàn)條件內(nèi)為非均相體。

表1 70#瀝青不同溫度下的擬合結(jié)果

Tab.1 Fitting result of 70# asphalt at different temperature

瀝青結(jié)果-10 ℃-5 ℃0 ℃5 ℃10 ℃30 ℃40 ℃50 ℃70#斜率1.2661.2691.2711.2491.2541.1991.1901.213相關(guān)系 數(shù)0.994 630.994 540.994 710.996 640.995 300.996 160.996 560.995 56標(biāo)準(zhǔn)誤 差0.009 850.010 480.010 650.005 630.009 640.005 870.004 010.003 01

1.2 各粘彈參量的頻率依賴(lài)性分析

1.2.1 儲(chǔ)存模量、損耗模量的頻率依賴(lài)性

在線(xiàn)性變化中，均相聚合物的logG′(ω)～logω、logG″(ω)～log(ω)曲線(xiàn)在低頻下是直線(xiàn)，其頻率分別為2和1.為了研究瀝青的相態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)于不同溫度的變化差異，對(duì)儲(chǔ)存模量和損耗模量進(jìn)行線(xiàn)性擬合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

由表2可知，0 ℃以下，瀝青的儲(chǔ)存模量-頻率的變化率小于2，損耗模量-頻率的變化率都小于1，更加說(shuō)明該瀝青不是均相體。0 ℃之前，儲(chǔ)存模量-頻率變化率逐漸增大，5 ℃時(shí)忽然減小，之后一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；而損耗模量-頻率在0 ℃之前一直減小，在10 ℃時(shí)逐漸增大，但是都小于1.研究表明，由于溫度上升，內(nèi)部分子變得活躍，在聚合物形成過(guò)程中由于內(nèi)部分子量的不均一性，在該頻率較低的區(qū)間內(nèi)儲(chǔ)存模量-頻率變化率和損耗模量-頻率的變化率大致都跟隨分布的分子量的增加而呈上升趨勢(shì)，由表2可以清楚的了解該瀝青內(nèi)部分子數(shù)量的多分散情況。

表2 70#瀝青不同溫度下的擬合結(jié)果

Tab.2Fittingresultof70#asphaltatdifferenttemperature

瀝青項(xiàng)目結(jié)果-10 ℃-5 ℃0 ℃5 ℃10 ℃30 ℃40 ℃50 ℃70#儲(chǔ)存模量-頻率損耗模量-頻率斜率0.9420.9190.8920.8030.8910.9541.0071.100相關(guān)系數(shù)0.99 9530.99 8200.99 7410.87 4310.99 6850.99 9080.99 9960.99 932斜率0.7440.7240.7020.6430.7090.7940.8450.906相關(guān)系數(shù)0.99 1030.98 6650.98 4820.87 5190.98 4600.99 1590.99 5850.99 828

圖2 頻率掃描下瀝青儲(chǔ)存模量的變化

Fig.2Variationofasphaltstoragemodulusunderfrequencysweep

圖3 頻率掃描下瀝青損耗模量的變化

Fig.3Variationofasphaltlossmodulusunderfrequencysweep

圖2、3繪制出對(duì)數(shù)下兩模量隨頻率變化曲線(xiàn)?？梢钥闯?，頻率增加，兩模量均增大，損失模量增大幅度大于儲(chǔ)能模量，表明頻率掃描下?lián)p失模量更敏感；10 ℃之前，兩者都增加，之后卻在減小，說(shuō)明此溫度是需要關(guān)注的。

按照Han曲線(xiàn)，分析鎮(zhèn)海70#瀝青在溫度變化下的曲線(xiàn)可以得到，隨著溫度的升高，兩個(gè)模量均在減小，相比之下很明顯損耗模量的減小速度更快，說(shuō)明伴隨溫度的升高，瀝青內(nèi)部表現(xiàn)出來(lái)的粘性性能比彈性性能下降更快[4]。溫度范圍內(nèi)，兩個(gè)模量對(duì)頻率依賴(lài)性較強(qiáng)，顯然溫度在10 ℃時(shí)，兩模量的數(shù)值都在下降，頻率依賴(lài)性呈降低趨勢(shì)[5]。

1.2.2 抗車(chē)轍因子的頻率依賴(lài)性

圖4 頻率掃描下瀝青車(chē)轍因子變化

Fig.4Thechangeofrutfactorunderfrequencyscanning

由圖4可知，當(dāng)溫度在0 ℃以下時(shí)，抗車(chē)轍因子對(duì)頻率具有依賴(lài)性，頻率逐漸增大，抗車(chē)轍因子也在逐漸增大，溫度大于0 ℃時(shí)，抗車(chē)轍因子對(duì)頻率的依賴(lài)性急劇減弱，當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃時(shí)，抗車(chē)轍因子出現(xiàn)平臺(tái)區(qū)，并且為恒定值0.同樣可以說(shuō)明在0 ℃之前可以把該瀝青當(dāng)做均相體研究。眾所周知，抗車(chē)轍因子與瀝青路面的抗車(chē)轍能力成正比[7]，由上可知，0 ℃以下該瀝青的抗車(chē)轍能力增強(qiáng)，說(shuō)明瀝青處于均相體的狀態(tài)時(shí)，其高溫穩(wěn)定性能越好。

1.2.3 疲勞因子的頻率依賴(lài)性

PG分級(jí)中用疲勞因子G*sinδ來(lái)描述瀝青混合料的疲勞性能[8]，疲勞因子是材料在變形過(guò)程中內(nèi)部摩擦做的功，轉(zhuǎn)換成熱能，疲勞因子與材料的抗疲勞性能成反比[9]。

圖5 頻率掃描下瀝青疲勞因子的變化

Fig.5Variationofasphaltfatiguefactorunderfrequencysweep

由上圖5可得，橫向觀(guān)察，頻率的升高，使得疲勞因子逐漸增大，縱向觀(guān)察，溫度的增大，使得疲勞因子逐漸減小。0 ℃之前該瀝青的疲勞因子與頻率成正比變化，0 ℃之后，疲勞因子對(duì)頻率敏感性減小，當(dāng)溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，疲勞因子值為0，曲線(xiàn)由于橫坐標(biāo)平行，不再發(fā)生變化，說(shuō)明在此溫度之后瀝青的疲勞性能達(dá)到最好。

2 結(jié)語(yǔ)

(1)運(yùn)用DSR對(duì)鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)，得到其頻率譜，進(jìn)而分析該瀝青的相態(tài)結(jié)構(gòu)，得到其路用性能；

(2)分析整個(gè)頻率區(qū)間Han曲線(xiàn)，可以得到，基質(zhì)瀝青可以當(dāng)做非均相體研究；

(3)0 ℃之前該瀝青高溫穩(wěn)定性能良好，可以抵抗永久變形能力很強(qiáng)；疲勞性能較差；

(4)根據(jù)其路用性能，可以在溫度接近0 ℃時(shí)對(duì)瀝青路面可能出現(xiàn)的破壞提前做好防護(hù)措施，延長(zhǎng)道路的使用壽命，提高瀝青路面的品質(zhì)。但是試驗(yàn)只判定一種瀝青地性能，不具有廣泛性，之后地學(xué)者可以選取多種基質(zhì)瀝青進(jìn)行比較，探究路用價(jià)值。

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