改性瀝青儲存穩定性試驗方法的比較與研究

（蘇交科集團股份有限公司，新型道路材料國家工程實驗室，南京 211112）

改性瀝青的儲存穩定性與改性劑的改性效果密切相關，取決于改性劑與基質瀝青的相容性，關系到改性瀝青的質量穩定性及其使用效果，因此生產廠家和用戶都對其較為關注。世界各國的儲存穩定性評價方法雖有多種[1-3]，但較為常用的是以軟化點差作為技術指標的離析試驗。本研究將對比分析歐洲、美國和中國交通部現行規范中的改性瀝青儲存穩定性試驗方法，結合當前我國實踐中存在的主要問題，重點研究不同冷卻溫度對于試驗結果的影響，提出離析試驗方法的改進和完善建議。

1 改性瀝青儲存穩定性試驗方法的比較

2003年，歐洲標準化委員會（CEN）出臺了統一的、適用于歐盟各國的改性瀝青儲存穩定性試驗方法規范EN 13399[4]，結束了此前歐洲各國該試驗方法不盡相同的局面。2010年進行了修訂，現行版本是2017年修訂完成的。其試驗原理是：將均勻的改性瀝青樣品置于垂直容器中，在180 ℃（或改性瀝青生產廠家指定的溫度）條件下靜置3 d。經室溫冷卻后將樣品切割為三等份，分析頂部、底部兩部分樣品特性指標的差異大小，作為評價其儲存穩定性的依據。

美國ASTM 的改性瀝青儲存穩定性試驗方法現行規范（D7173-14[5]）是由1995年出臺、2005年撤消的D 5976 演變而來的。其方法概要是：在（163±5）℃條件下，密封鋁管中的聚合物改性瀝青垂直靜置48 h。隨后將其冷凍并切割為三等份，以便將頂部和底部樣品分開進行測試，評判聚合物從改性瀝青中分離的程度。

中國交通部現行規范（JTG E20—2011[6]）中“聚合物改性瀝青離析試驗”方法（T 0661）是參照美國ASTM 標準（D 5976、D 5892、D 5841），于2000年完成編制并出臺，2011年進行了修訂。T 0661 包含的兩個試驗方法分別適用于SBS、SBR 類改性瀝青和PE、EVA 類改性瀝青。適用于SBS、SBR 類改性瀝青的試驗方法與上述美國ASTM D7173 的方法概要相似，此處不再重復。適用于PE、EVA 類改性瀝青的試驗方法概要是：將置于針入度試樣杯中的改性瀝青在135 ℃烘箱中靜置24 h。取出后，通過目測觀察試樣表面結皮及底部沉淀情況，評判改性瀝青的儲存穩定性。

為了便于比較，將歐洲、美國和中國交通部規范[5]中的改性瀝青儲存穩定性試驗方法要點列于表1。由于T 0661 中適用于PE、EVA 類改性瀝青的試驗方法只是定性觀察，沒有定量測試要求，與EN 13399、D 7173 沒有可比性，故表中僅列出其適用于SBS、SBR 類改性瀝青的試驗方法要點。

由前述方法概要及表1試驗方法要點可見，除了圓柱形裝樣鋁管垂直靜置熱儲存、冷卻后再將樣品三等分、試驗參數都有軟化點的共同之處外，歐洲、美國、中國方法都有不同程度的差異。主要表現在熱儲存溫度和時間、灌注之前樣品是否過篩、冷卻溫度及時間、試驗參數的可選擇性等方面。

歐洲試驗方法的熱儲存溫度較高且可以根據產品生產廠家的要求進行調整，顯示出溫度選擇的靈活性。樣品儲存時間較長、采用較為緩和的室溫冷卻方式、試驗參數有多種選擇，也是歐洲方法的特點。其不足之處在于：離析管直徑和灌注樣品量不明確；與其形成鮮明對比的是，美國ASTM 試驗方法的熱儲存溫度較低、儲存時間較短、冰箱中冷卻樣品且冷卻時間較為明確。與歐洲方法相似之處在于：可以考慮產品相關各方的要求調整熱儲存溫度、試驗參數有多種選擇。但其缺陷是冷卻溫度范圍較寬（0 ～-20 ℃）；中國交通部試驗方法的熱儲存溫度、儲存時間與美國相同，但不考慮產品相關各方的要求，且冷卻溫度的規定不夠明確，尤其是灌注前須用0.3 mm標準篩過濾試樣的要求。

表1 改性瀝青儲存穩定性試驗方法要點比較表

綜上所述，歐洲、美國、中國的改性瀝青儲存穩定性試驗方法各有特點，試驗條件規定（試樣量、冷卻溫度、是否過濾等）也都有不夠明確之處，會導致較大的重復性和再現性試驗偏差。歐、美、中都采取高溫靜置存儲2-3 d 的方式，且都將軟化點作為評價試驗參數，表明各方均認為：儲存溫度、儲存時間是影響離析的主要因素，頂部、底部樣品的軟化點差適于表征改性瀝青的儲存穩定性。

2 離析實踐中遇到的問題

自從上世紀九十年代改性瀝青在中國開始應用以來，大多都以離析試驗方法評價改性瀝青的儲存穩定性。由于改性瀝青產品的多樣性、復雜性，以及離析試驗方法存在的不足，實踐中遇到了許多問題，也引發了一些產品質量爭議。

林江濤等[7]研究了不同廠家的SBS 改性瀝青（I-D）離析試驗結果與冷卻溫度、鋁管封口時機兩個影響因素的關系。發現“對于某些改性瀝青而言，冰箱的冷卻溫度和不同條件設置確有重大影響。”、“但對于樣品3，在試驗中有較好的穩定性，其離析值相對穩定，受試驗中各項組合變化條件的影響甚微。”，分析認為“這種影響與改性工藝、改性劑摻量及基質瀝青有關，相容性好的樣品受試驗條件影響小，相容性不好的樣品受其影響大”等。

王傳民等[8]發現：同一SBS 改性瀝青樣品經三家實驗室比對試驗， “離析試驗結果相差懸殊”，依據離析（軟化點差）不大于2.5 ℃的技術要求評判，只有一家檢測結果為“合格”，其余兩家為“不合格”。對其進行針對性試驗研究后認為，T 0661—2011 中“將盛樣管三等分”是影響檢測結果的顯著因素，建議修改該試驗法時，采用“瀝青液面下三等分”的做法等。

本研究在工程實踐中也遇到了類似的問題，即多家檢測單位針對同一樣品的離析檢測結果出現較大差異，通過交流后發現各家檢測單位的主要差異在于冷卻溫度不同，其次是離析試驗用鋁管灌注樣品后的密封時間有所不同。為了評估這些不同試驗條件對于儲存穩定性試驗結果的影響程度，進行了重點針對冷卻溫度的試驗研究（詳見下節）。

3 冷卻溫度對于試驗結果的影響研究

選取三個不同生產廠家的四個改性瀝青樣品（A、D 為同一廠家不同批次產品）作為研究對象，按照T 0661 試驗方法要求進行操作，考察不同冷卻溫度和密封時間對于離析試驗結果的影響。相關數據詳見表2。

表2 不同冷卻溫度和密封時間的離析（軟化點差）試驗結果 ℃

由表2可見，每個樣品的離析隨試驗條件的變化而變化的規律并不明顯。只有樣品C 的離析隨冷卻溫度的降低有增大的趨勢，樣品D也基本符合這一規律，另外兩個樣品不完全符合這一規律。但是從每個樣品離析最大值出現的情況來看，都集中在冷后密封、-30 ℃冷卻的條件下，每個樣品的離析最小值都出現在冷卻后密封、-1 ℃和-20 ℃冷卻條件下，表明冷卻溫度越低越有利于離析變大。熱態密封、-1 ℃和-20 ℃冷卻的數據對比也都符合這一規律。這可能是由于高溫樣品經歷驟然大幅度降溫過程，導致改性瀝青膠體結構發生突變，使聚合物從瀝青中分離的趨勢增大。降溫幅度越大，這種趨勢越明顯，只有膠體結構相當穩定的改性瀝青不會出現較大的離析。

從相同樣品、同一冷卻溫度、不同密封時間的對比數據（8 組）來看，的確有差異。熱態密封離析較大的（5 組）多于冷后密封，占可比數據的62.5%，但仍有37.5%的熱態密封離析不大于冷后密封。

從本質上講，四個樣品的離析大小排序應當是唯一的。而表2中試驗檢測數據顯示出的排序有三種：①樣品C ＞樣品A ＞樣品B ＞樣品D；②樣品C ＞樣品B ＞樣品A ＞樣品D；③樣品C＞樣品A ＞樣品B=樣品D。究竟哪種排序符合四個樣品的真實狀況，需要進一步分析：

在表2所列的試驗條件范圍內，不同樣品的軟化點指標變化幅度（即軟化點離散度：每個樣品頂部、底部軟化點所有數據集的極差與軟化點實測指標值之比的百分數）明顯不同，反映了不同樣品抵抗試驗條件變化的能力。即軟化點離散度越大，表示樣品抵抗溫度驟降的能力越弱，穩定性相對不好；反之則表示其能力越強，穩定性相對較好。樣品C 的軟化點離散度最大（46.6%），樣品A 次之，樣品B 居三，樣品D 最小（5.4%）。這一排序與上述第①種排序相同。

比較四個樣品離析（平均值）的大小排序，樣品C 最大（31.5），樣品A 次之，樣品B 居三，樣品D 最小（0.9）。這一排序也與上述第①種排序相同。

以上幾個方面分析得到的離析大小排序相同，表明其反映的極有可能是四個樣品儲存穩定性的真實狀況。這一排序對應的試驗條件是：冷后密封、-30 ℃冷卻和熱態密封、-20 ℃冷卻兩個條件，均為不同密封時間下的最低冷卻溫度。似乎表明較低的冷卻溫度更能反映樣品的真實離析水平。

從離析指標合格（軟化點差不大于2.5 ℃）與否的角度來看，樣品C 和樣品D 的10 組數據顯示的判定結論都是確定的，不受試驗條件變化的影響，分別為不合格、合格；樣品A 和樣品B的判定則與試驗條件有關，即在相對緩和的試驗條件下（-1 ℃）均合格，在較為苛刻的試驗條件下（-20 ℃或-30 ℃）均不合格。表明樣品D 的儲存穩定性相當好、樣品C 的儲存穩定性相當差。

綜上所述，在本研究的試驗條件范圍內，較低的冷卻溫度更易導致離析增大，也似乎更能反映樣品的真實離析水平。離析指標是否合格，既與改性瀝青樣品本身有關，也與試驗條件有關，較高的冷卻溫度有利于離析合格。

4 結論

（1）比較歐洲、美國、中國的試驗方法規范可以看出，熱儲存溫度、儲存時間是影響改性瀝青儲存穩定性試驗結果的主要因素。

（2）本研究表明，冷卻溫度對于改性瀝青離析試驗結果確有影響，其影響程度主要與產品自身特性和冷卻溫度高低有關。質量穩定的改性瀝青受冷卻溫度的影響非常小，反之則影響較大；較低的冷卻溫度更易得到較差的試驗結果，也似乎更能反映產品的真實離析水平。

（3）歐洲、美國、中國的儲存穩定性試驗方法均有待完善。建議通過大量的比對試驗，積累足夠的相關數據，細化我國現有方法中冷卻溫度、冷卻時間等試驗條件的規定，改善離析試驗結果的重復性和再現性，以減少產品質量糾紛。同時也應重視與工程使用效果良好相關的改性瀝青儲存穩定性試驗新方法的開發研究，為改性瀝青的工程應用提供更加有實用價值的信息。