淺議對改性瀝青高溫性能的評價

摘要：評價改性瀝青的高溫性能沒有一個確定的標(biāo)準(zhǔn)，各國都根據(jù)各自的具體情況對此做了相當(dāng)多的工作，并規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。隨著改性瀝青的廣泛應(yīng)用，高溫性能作為它的一項重要評價指標(biāo)，仍然會成為人們關(guān)注和研究的焦點。

關(guān)鍵詞：改性瀝青；高溫；性能；評價

中圖分類號：N0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2011）13-0318-02

一、概述

改性瀝青一般是指聚合物改性瀝青，目前國際上應(yīng)用最多的聚合物改性劑一般可分為橡膠類、橡膠塑料類和樹脂類三種類型。最常使用的改性劑為SBS、SBR、PE、EVA等。對于不同類型的改性劑，其改性效果也不一樣。一般認(rèn)為，PE、EVA能明顯改善瀝青的高溫穩(wěn)定性，SBR能明顯改善瀝青的低溫抗裂性，SBS則能使瀝青的高、低溫性能均能得到明顯改善。對于改性瀝青，高溫性能是決定改性瀝青路面使用性能的重要指標(biāo)之一。

隨著改性瀝青的廣泛使用，對瀝青高溫性能的評價方法成為研究的熱點和爭論的焦點。美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP） 一系列新的試驗方法和評價指標(biāo)的提出，對世界各國瀝青研究產(chǎn)生了很大的影響。SHRP 新的評價體系的提出并沒有對瀝青高溫性能評價指標(biāo)的研究畫上句號，反而引發(fā)了更多的研究熱點。

二、評價改性瀝青高溫性能的方法

1.采用瀝青常規(guī)性能指標(biāo)的變化程度來衡量，一般是針入度、軟化點、延度、黏度、脆點的變化程度，變化值越大，說明其改性效果越好。這些指標(biāo)測定方法較簡單。

2.美國SHRP新瀝青規(guī)范，其最根本的特點是各項指標(biāo)與各項路用性能直接相關(guān)，這些規(guī)范列入的各種路用性能指標(biāo)也適用于改性瀝青。

3.不同的改性瀝青有不同的特點，不能用完全相同的指標(biāo)去衡量，根據(jù)改性瀝青的特點開發(fā)適宜于不同改性瀝青品種的專用指標(biāo)。

三、評價改性瀝青高溫性能的指標(biāo)

1.國內(nèi)外所采用的評價指標(biāo)概況。世界大部分國家已經(jīng)制定了適用于本國的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，但尚未見有一個通用標(biāo)準(zhǔn)。縱觀國內(nèi)外對改性瀝青高溫性能的評價指標(biāo)，可以分為三大類：第一類是采用軟化點；第二類是采用60℃的黏度；第三類是Superpave抗車轍因子或勁度模量G 。ASTM標(biāo)準(zhǔn)、SHRP的Superpave瀝青路用性能評價標(biāo)準(zhǔn)和AASHTO標(biāo)準(zhǔn)對高溫性能是采用60℃黏度和軟化點兩項指標(biāo)來評價的。德國和奧地利對改性瀝青的高溫評價均采用軟化點，不同的指標(biāo)適用于不同氣候條件的地區(qū)。在日本，采用軟化點和60℃ 的黏度共同評價改性瀝青的高溫性能。不同類型的改性瀝青對高溫性能的要求也是不一樣的。

中國現(xiàn)行規(guī)范中，評價改性瀝青的高溫性能指標(biāo)也是采用軟化點。對不同類型的改性劑和不同的氣候條件下采用不同的指標(biāo)值予以約束。

2.對各類指標(biāo)的評價。對于第一類，由于試驗簡單、操作方便，通常被用作評價瀝青高溫穩(wěn)定性的一項指標(biāo)。但瀝青經(jīng)過改性以后，改性瀝青的軟化點與瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度之間的相關(guān)性并不理想。有些改性瀝青的軟化點特別高，但高溫性能并沒有像軟化點所反映的那么優(yōu)良。對于第二類，由于黏度試驗比較復(fù)雜，目前在中國還未得到推廣應(yīng)用，且瀝青經(jīng)過改性以后，隨著改性劑劑量的增加，黏度增高很大，在測定方法上也很困難。SHRP瀝青評價指標(biāo)作為美國的最新科研成果，還有待于進一步驗證和完善，且用于評價的試驗儀器特別昂貴，試驗方法復(fù)雜，目前推廣有一定的難度。

四、目前常用的幾種評價改性瀝青高溫性能的試驗方法

目前，用于評價改性瀝青的高溫指標(biāo)主要有三大類：環(huán)球法軟化點、SHRP 規(guī)范中的車轍因子G*/sinδ和歐洲正流行的零剪切黏度（ZSV）。但是這三種指標(biāo)均存在一定的缺陷，不能完整表征改性瀝青的高溫性能。

在歐洲，準(zhǔn)備開發(fā)一套與瀝青道路性能密切相關(guān)的瀝青評定標(biāo)準(zhǔn)，并對SHRP分級中采用的試驗方法和其他試驗方法進行詳細(xì)的對比分析，借此來制定符合歐洲實際情況的試驗方法，并以此作為瀝青新的評定細(xì)則的依據(jù)。其中值得注意的是對G*/sinδ的評價結(jié)果：G*/sinδ適用于評價普通瀝青，但不能準(zhǔn)確評價改性瀝青，尤其是高性能的改性；此外還評價了一些新的試驗方法，這些新的試驗方法研究的角度與出發(fā)點值得我們借簽與思考，研究成果與觀點也值得注意，因為歐洲有英國、法國及德國等多個不同的研究體系，且都具有非常獨特的研究思想；另外作為第三方，它們對美國SHRP的研究成果的立場與觀點更加中立。

在中國，許多單位花重金購買了SHRP 的相關(guān)試驗設(shè)備，并把SHRP 的評價結(jié)果作為改性瀝青評價的重要依據(jù)，了解這些試驗方法對我們評價瀝青道路的抗車轍性能具有重要的借鑒意義。

1.動力剪切流變儀（DSR） 試驗。這是美國SHRP 瀝青研究的核心之一，該試驗方法通過測定高溫狀態(tài)下瀝青的勁度（復(fù)數(shù)剪切模量G*） 、相位角（δ） 和黏度，用車轍因子（ G*/ sinδ） 作為評價瀝青高溫性能的指標(biāo)。另外它采用了經(jīng)過RT2FOT 試驗后的瀝青進行評價，這種考慮短期老化的方法似乎更符合實際，但也成為一個爭議的關(guān)鍵，尤其在評價改性瀝青時。現(xiàn)在歐洲或美國的ASTM、AASHTO、AFNOR 方案和BSI 方案中都采用這一試驗方法。

2.軟化點。試驗結(jié)果表明：軟化點與60 ℃的SMA 車轍試驗中的11 種瀝青（有36 種瀝青被用來試驗） 之間有很好的相關(guān)性（ R2=0.84） 。Malot 和Ramond （1994） 認(rèn)為，對于基質(zhì)瀝青，試驗車轍深度和經(jīng)過RTFOT 后的軟化點值也具有很好的相關(guān)性。而對于聚合物改性瀝青，在未作RTFOT 之前有著一定相關(guān)性，經(jīng)過RT2FOT 之后，則相關(guān)性不太明顯。對于含蠟量少的基質(zhì)瀝青和添加少量改性劑的瀝青，軟化點和抗車轍性能之間具有很好的相關(guān)性。而較高等級的SBS 軟瀝青性質(zhì)的聚合物改性瀝青，則不具有很好的相關(guān)性。（1）動態(tài)模式（DSR）。本試驗方法的原理是采用一種低頻率動態(tài)模式（或者采用控制剪切速率的旋轉(zhuǎn)黏度計）來測定在接近于零剪變率下的瀝青特性。該法適用于普通瀝青和改性瀝青，主要有以下兩種測試方法：Anderson（1997）提出的方法一：在預(yù)先設(shè)定的溫度（如60 ℃） 下，得到和路表溫度相關(guān)的零剪切速度黏度>0 作為試驗結(jié)果。Phillps （1996） 提出的方法二：在某個恒定的零剪切速率黏度下（如≥106 Pa·s），得到與瀝青路面溫度（要求路面溫度在40℃～50℃） 相關(guān)的溫度值（攝氏溫度） 作為試驗結(jié)果。（2）蠕變和蠕變恢復(fù)試驗。Desmazes（2000）總結(jié)了對于普通瀝青、聚合物改性瀝青和寬域瀝青的試驗室經(jīng)驗。但沒有提到現(xiàn)場試驗經(jīng)驗。瀝青只有在線性的粘彈性狀態(tài)下，這種試驗才有效。這種試驗并沒有應(yīng)用于具有屈服強度的試件（如凝膠材料或一些高改性瀝青），且建議的試驗溫度至少達(dá)到60 ℃。這些試驗結(jié)果顯示和試驗室車轍試驗（經(jīng)過RTFOT 試驗后的瀝青R2 = 0.91） 中獲得的車轍速率的結(jié)果有著密切的聯(lián)系。

五、各試驗方法的一點看法

1.車轍因子G*/ sinδ曾被認(rèn)為是評價瀝青高溫性能的良好指標(biāo)，但是在后來的實踐過程中發(fā)現(xiàn)，該指標(biāo)在評價改性瀝青高溫性能方面存在很大的局限性。車轍因子G* / sinδ之所以對改性瀝青高溫性能評價存在局限性，除了試驗應(yīng)變控制在材料的線粘彈性范圍內(nèi)之外，還包括：（1）改性瀝青相對于普通瀝青具有很高的延遲彈性回復(fù)能力；（2）動態(tài)剪切試驗的加載模式與路面荷載—變形響應(yīng)模式存在差別；（3）動態(tài)剪切試驗的可逆變形模式和路面的變形累積發(fā)展模式存在很大差異。

2.對于測軟化點的試驗：無論采用哪種方法（低頻率下的蠕變/ 蠕變恢復(fù)或動態(tài)模式），都說明了零剪切黏度和道路永久變形之間的密切聯(lián)系。60 ℃下的漢堡車轍試驗已證明了這種密切的聯(lián)系（R2 = 0.91） 。但試驗方法要根據(jù)實際情況加以調(diào)整，以確保在線性的粘彈性方式下測定的數(shù)據(jù)可信。這種試驗方法目前沒有應(yīng)用于具有屈服強度的試件（如凝膠材料)。總之，對于大部分路用普通瀝青和適度改性瀝青，這種試驗方法能作出很好的抗車轍能力預(yù)估。從這一點來說，零剪切黏度比SHRP 采用的G*/ sinδ指標(biāo)具有更廣的適用范圍。另外，如SBS 改性瀝青具有較好的彈性恢復(fù)率、耐老化能力較高、老化前后的G*/ sinδ指標(biāo)變化不大，而其他瀝青則較差。由此可能造成在SHRP的PG性能分級時可能出現(xiàn)魚目混珠、良莠不齊的現(xiàn)象，而零剪切黏度排除了瀝青彈性的影響，因此具有更好的適用性。

六、小結(jié)

本文對改性瀝青的評價方法，評價指標(biāo)以及試驗方法做了一個簡要的說明和總結(jié)。可以看出評價改性瀝青的高溫性能沒有一個確定的標(biāo)準(zhǔn)，各國都根據(jù)各自的具體情況對此做了相當(dāng)多的工作，并規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。隨著改性瀝青的廣泛應(yīng)用，高溫性能作為它的一項重要評價指標(biāo)，仍然會成為人們關(guān)注和研究的焦點。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出社，2001.

[責(zé)任編輯 陳鶴]