浅谈沥青性能分级体系

浅谈沥青性能分级体系路面等级也应当与交通特点结合考虑，对于高等级道路，考虑充分的安全储备和路面维护等因素，选择合理等级的沥青，对于Superpave分级体系中，随着标号增加，其高温、低温和常温性能逐渐改善。沥青分级体系质量评价1.绪言沥青作为一种非晶体高分子混合物，应用于路面胶结料已经有了上百年的历史。沥青的分类可以按来源、加工方法、用途和形态划分。按来源可以分为天然沥青、石油沥青和焦油沥青三大类，按形态分为黏稠沥青和液体沥青。一般石油沥青分为四大类：道路沥青类、建筑沥青类、专用沥青类和乳化沥青类。改性沥青作为改良的胶结料应用于道路建设、建筑防水等方面。PG分级体系要求沥青路面在最高设计温度时能满足高温性能的要求，不产生过量的车辙；在路面最低设计温度时能满足低温性能的要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂，考虑了沥青材料在使用期全温度范围内的流变性，对于沥青材料的质量评价和选择，较针入度分级和黏度分级有了很大改进。2.沥青性能分级方法针入度分级体系和黏度分级体系的分级方法主要是依据25℃针入度和60℃黏度指标，这两种分级方法参考的指标也不相同，而第三种按路用性能分级的出发点是根据沥青表现出的路用性能划定适用温度，与前两种都不一样。针入度分级体系历史最长，使用的国家也最多。我国道路沥青基本按针入度分级，《重交通道路石油沥青》中按连续针入度（40～140）分为5个标号；《公路沥青路面施工技术规范》中修订了沥青等级划分方法，沥青基本按连续20（0.01mm）针入度梯度进行划分，分为7种，在这个标准中，沥青等级划分是以沥青路面的气候条件为依据，同一个气候分区内，根据道路等级和交通特点再将沥青分为1～3个不同的针入度等级。技术指标中增加了针入度指60℃动力黏度以及10℃延度指标评价沥青的感温性、高温性能和低温性能，根据沥青中的蜡含量分为A、B、C三个等级，各个等级的技术指标要求逐级降低。黏度分级体系是按连续黏度进行分级，以美国AASHTO以黏度分级的黏稠沥青技术标准为例，沥青的标号为连续60℃黏度区间的中值，区间大小递增，分为5个等级，135℃的黏度不作为划分等级的依据。路面性能分级体系中，沥青等级按PGx-y表示，PG为路用性能等级，x为路面设计最高温度（7d最高评价路面温度），y为路面设计最低温度（年极端最低温度）。3.沥青性能等级的选择沥青性能分级为选择合理等级的沥青以适应当地路面工程的气候特点和交通需求提供了参考依据。在SHRP中通过预测路面结构内部的温度来选择沥青等级，比只考虑气温的方法是一大进步。一般沥青用于路面结构，材料的选择应该满足功能性要求、结构性要求、环境要求和经济性要求。为了选择合适的沥青，满足承载能力、耐久性和经济性等要求，应当考虑以下几种因素：1）当地气温等气候条件沥青为热塑性、粘弹性材料，故温度是首要考虑的因素，可根据当地的气象资料和往年温度记录或按理论计算路面温度场确定最高和最低路面设计温度。对于出现高温持续时间较长，温度较高的地区，应考虑沥青高温稳定性，以免铺面出现严重车辙，应选用标号较大的沥青。对于低温持续时间长的地区，应选择等温黏度较低的沥青，在低温地区加热加工需要的温度就比较低。在冰冻地区则应考虑沥青的低温抗裂性，选取合适的标号，是否需要改性沥青。2）交通荷载状况按照设计的载荷水平和轴载次数进行设计，路面应满足承载要求和耐疲劳的要求。沥青低温或快速荷载下表现出弹性特征，在高温或慢速荷载下表现出粘性特征，中温范围或载荷作用下既表现出弹性，又表现粘性的特质。对于沥青的要求，则是要有足够的黏度、稳定性和劲度模量，在考虑沥青PG等级。3）路面等级和类型路面等级也应当与交通特点结合考虑，对于高等级道路，考虑充分的安全储备和路面维护等因素，选择合理等级的沥青，对于Superpave分级体系中，随着标号增加，其高温、低温和常温性能逐渐改善。低等级路面的要求就较低一些，可采用较低等级的沥青。同时根据当地的交通量等级和行车速度对沥青PG等级进行“调级”调整。4.分级方法中的问题与研究进展1）性能分级方法的问题沥青的产品标准和评价方法随着人们对沥青本身和工作环境认识深化而不断进步，由于沥青材料本身是非常复杂的材料，沥青胶结料与沥青混合料的路用性能没有建立直接的联系，只是做个大概的预测。目前的PG分级体系有一些不足之处。6℃量度的SHRP温度分级在反应不同沥青使用高温与使用低温性状的差异时并不协调。与目前针入度级方法比较，在评定试验沥青低温性能的量度方面，SHRP方法的温度分级量度偏大。改性沥青对沥青的高温和低温温度都有不同程度的改善，应予以考虑。沥青高温等级选择中只考虑了7d最高气温平均值，而没有考虑路面结构处于高温的时间长短，因此并不能真正的和路面性能相关联。2）性能分级方法研究进展沥青高温等级选择中只考虑了7d最高气温平均值，而没有考虑路面结构处于高温的时间长短。赵延庆等在“基于路面温度频率分布的沥青PG高温等级选择”的研究中建议收集充分的气象资料，利用集成环境模型（EICM）预测路面结构20mm处的每小时温度频率分布，进而得到基于车辙破坏的沥青高温PG等级。国内外研究表明，Superpave规范中评价沥青的路用性能指标评价简单流体的沥青是有效的，对于复杂流体的改性沥青却值得探讨。1996年，美国国家合作公路项目NCHRP9-10“改性沥青胶结料的Superpave体系”提出了重复蠕变恢复试验，试验结果用Burgers黏弹模型拟合，得到的蠕变劲度黏性成分Gv代替G*/sinδ作为评价指标，2001年Bouldin提出了累积应变的概念，有