，實(shí)際使用過(guò)程發(fā)現(xiàn)，改性瀝青是一個(gè)復(fù)雜體系
，聚合物的存在及其分散狀態(tài)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響
，部分指標(biāo)并不能正確反映改性瀝青的低溫性能，甚至瀝青試驗(yàn)結(jié)果與混合料的低溫性能矛盾
。因此
，針對(duì)均質(zhì)和非均質(zhì)的改性瀝青體系，詳細(xì)分析其常用的低溫性能評(píng)價(jià)方法
，以期為改性瀝青的工業(yè)性能評(píng)價(jià)提供理論指導(dǎo)
。
均質(zhì)體系評(píng)價(jià)方法
改性瀝青均質(zhì)體系指聚合物經(jīng)過(guò)剪切和攪拌操作后在瀝青中分散均勻且儲(chǔ)存穩(wěn)定的共混體系
，樹(shù)脂改性瀝青
、SBS改性瀝青、SBR改性瀝青以及TB改性瀝青均屬于均質(zhì)體系范疇
。由千此時(shí)體系均一
，改性瀝青低溫性能評(píng)價(jià)結(jié)果能基本反映整體改性瀝青的狀態(tài)，然而受到評(píng)價(jià)方法原理和操作的影響
，不同的評(píng)價(jià)方法適用性不同
。
(1)低溫延度與測(cè)力延度
瀝青的延度作為評(píng)價(jià)瀝青常規(guī)性能的三大指標(biāo)之一，由千操作簡(jiǎn)便
，結(jié)果直觀等優(yōu)勢(shì)被廣泛使用
。延度表示特定長(zhǎng)度的瀝青樣品在指定溫度和拉伸速率時(shí)直至試件拉斷所能進(jìn)行的最大伸長(zhǎng)長(zhǎng)度。我國(guó)現(xiàn)行的《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》采用5℃延度作為評(píng)價(jià)改性瀝青低溫抗裂性能的重要指標(biāo)
。相同溫度時(shí)
，延度越大，表明瀝青的低溫性能越好
。不同含量SBS改性瀝青的低溫性能評(píng)價(jià)見(jiàn)表1
。
(3)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)
無(wú)定形聚合物的模量隨溫度變化表現(xiàn)出4種不同的狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)聚合物的玻璃態(tài)
、玻璃態(tài)-橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變
、橡膠態(tài)和黏流態(tài)。見(jiàn)圖4
。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是聚合物由玻璃態(tài)至橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的溫度
，此時(shí)材料由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥誀顟B(tài)
。聚合物改性瀝青從廣義上屬千聚合物范疇，其低溫開(kāi)裂的實(shí)質(zhì)是瀝青在實(shí)際使用溫度時(shí)處于玻璃態(tài)
，從而發(fā)生脆性斷裂
，該現(xiàn)象與其粘彈性行為相對(duì)應(yīng)[18]。因此
，可用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能
。材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低越好，當(dāng)其遠(yuǎn)低千改性瀝青的最低服務(wù)溫度時(shí)
，瀝青材料處于高彈性
，通過(guò)變形可有效釋放溫度變化引起的內(nèi)部應(yīng)力，減少低溫開(kāi)裂的產(chǎn)生
。
材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可由升降溫過(guò)程中物理性質(zhì)(如體積
、熱力學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)以及力學(xué)性質(zhì))突變所對(duì)應(yīng)的溫度確定
。其中
，示差掃描量熱法(DSC)由于樣品用量少，測(cè)試精度高
，被廣泛用于材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的確定
。Zhang等(20]通過(guò)大量DSC試驗(yàn)證實(shí)改性瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與其低溫性能存在直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明采用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度表征聚合物改性瀝青的低溫性能具有理論和實(shí)際可行性
。不同的聚合物改性瀝青對(duì)應(yīng)不同的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
，這是因?yàn)榫酆衔锎嬖诓煌慕Y(jié)晶形態(tài)和吸放熱，同時(shí)聚合物與瀝青的相容性以及兩者相互作用不同[19
，21]
。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析法(DMA)通過(guò)測(cè)定瀝青材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)譜以確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。牛巖等[22]利用DMA在彎拉受力模式下得到了基質(zhì)瀝青
、SBS改性瀝青以及橡膠瀝青及其混合料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
。研究發(fā)現(xiàn)，不同改性瀝青及其混合料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度區(qū)分明顯
，與混合料的低溫性能相關(guān)性好
；相比改性瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，采用混合料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度評(píng)價(jià)其低溫性能更加合理
。然而
，與延度和弗拉斯脆點(diǎn)法相比，采用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度評(píng)價(jià)改性瀝青低溫性能的研究較少
，涉及的改性瀝青種類(lèi)有限
，因此仍需進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究。5種改性瀝青的延度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比較見(jiàn)表3。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和壓縮應(yīng)變能密度的相關(guān)性[19]見(jiàn)圖5
。
(4)彎曲梁流變?cè)囼?yàn)(BBR)
彎曲梁流變?cè)囼?yàn)是美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃(SHRP計(jì)劃)規(guī)定的瀝青低溫性能評(píng)價(jià)方法
，其以瀝青和聚合物的流變學(xué)為基礎(chǔ)，是目前研究改性瀝青低溫性能最常用和最高效的手段之一
。其中蠕變勁度和蠕變速率是評(píng)價(jià)瀝青低溫性能的兩個(gè)常用指標(biāo)
，蠕變勁度表示瀝青在低溫下的變形能力，蠕變速率表征瀝青在低溫下的應(yīng)力松弛能力
。相同測(cè)試溫度下
，蠕變勁度越小，蠕變速率越大
，瀝青的低溫性能越好
。
目前巳有大量采用BBR評(píng)價(jià)瀝青低溫性能的研究。Kok等[23]通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)BBR的測(cè)試結(jié)果與混合料低溫性能相關(guān)性較高
。隨后
，Rezaei[24]運(yùn)用BBR研究了改性劑SBS對(duì)瀝青低溫性能的改善機(jī)理。在此基礎(chǔ)上
，馬曉燕等[25]研究了5種基質(zhì)瀝青和5種SBS改性劑對(duì)改性瀝青低溫性能的影響
。結(jié)果表明，基質(zhì)瀝青的種類(lèi)對(duì)改性瀝青的低溫性能起決定性作用
，改性劑類(lèi)型以及改性劑摻量的影響程度依次降低
。該結(jié)論也間接說(shuō)明BBR結(jié)果的精確性遠(yuǎn)高于低溫延度和Frass脆點(diǎn)。此外
，董文龍等[26]分別采用線性和星型SBS改性瀝青
，并通過(guò)BBR分析了不同改性劑的改性效果
，結(jié)果表明
，星型SBS改性瀝青的低溫性能更佳，這是因?yàn)椴捎眯切蚐BS改性瀝青更有助千構(gòu)建三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
，從而提高瀝青的低溫抗開(kāi)裂性能
。見(jiàn)表4。
盡管BBR試驗(yàn)可以有效評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能
，然而這種方法也存在一定的局限性
。首先，BBR試驗(yàn)采用6℃的分級(jí)溫度結(jié)果
，分級(jí)的溫度間差異較大
，難以評(píng)價(jià)低溫性能接近的改性瀝青；此外
，目前針對(duì)BBR試驗(yàn)的分析多采用勁度模量和蠕變速率等單一指標(biāo)
，缺乏對(duì)瀝青變形情況和松弛能力的綜合考量，因此得到的分析結(jié)果不夠完整[27]。
非均質(zhì)體系評(píng)價(jià)方法
非均質(zhì)體系也稱(chēng)不穩(wěn)定體系
，在研究較多的聚合物改性瀝青中特指橡膠瀝青
。這是因?yàn)閺U舊膠粉高溫高剪切條件下降解形成溶膠和凝膠兩部分，凝膠微觀呈現(xiàn)三維交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
，顆粒達(dá)毫米尺度
，容易聚集，導(dǎo)致瀝青樣品性能測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定
。
目前對(duì)橡膠瀝青低溫性能的評(píng)價(jià)方法仍參照均質(zhì)的聚合物改性瀝青進(jìn)行
。徐俊旺[28]研究了5℃延度、弗拉斯脆點(diǎn)以及BBR試驗(yàn)對(duì)橡膠瀝青的適用情況
。結(jié)果表明
，5℃延度的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際矛盾，不宜用作橡膠瀝青的低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
；弗拉斯脆點(diǎn)一定程度可用于橡膠瀝青低溫性能評(píng)價(jià)
，但部分樣品的區(qū)分度不明顯；BBR試驗(yàn)獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果與混合料低溫評(píng)價(jià)一致性高
，該法相比前兩者對(duì)橡膠瀝青的適用性更強(qiáng)
。然而，由于橡膠瀝青為非均質(zhì)狀態(tài)
，以上測(cè)試結(jié)果僅具備參考價(jià)值而無(wú)實(shí)際物理意義
，必須采用適當(dāng)?shù)墓に噷?duì)膠粉進(jìn)行脫硫處理，將橡膠瀝青轉(zhuǎn)化為均質(zhì)狀態(tài)才可用上述方法對(duì)其低溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)
。如董瑞琨等[29]利用DSC和BBR研究了高溫裂解工藝對(duì)橡膠瀝青低溫性能的影響
，發(fā)現(xiàn)高溫脫硫裂解有利于提高改性瀝青的低溫性能。與其他聚合物改性瀝青相比
，橡膠瀝青具有突出的低溫性能
，其-24℃時(shí)的勁度模量?jī)H為SBS改性瀝青的一半[30]。
對(duì)千非均質(zhì)瀝青體系的低溫性能評(píng)價(jià)
，必須將其制備成對(duì)應(yīng)的瀝青混合料
，進(jìn)行瀝青混合料的低溫抗裂性能試驗(yàn)，如等應(yīng)變加載破壞試驗(yàn)
、彎曲拉伸蠕變?cè)囼?yàn)
、受限試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲J積分試驗(yàn)
、收縮系數(shù)試驗(yàn)
、應(yīng)力松弛試驗(yàn)以及等[31]。
總結(jié)與展望
a)改性瀝青的低溫延度測(cè)試未充分考慮不同聚合物的低溫敏感性
，測(cè)試結(jié)果與混合料低溫性能相差大
，但操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用較廣；測(cè)力延度的測(cè)試原理相對(duì)低溫延度有所改進(jìn)
，但物理意義不明確
，過(guò)分關(guān)注原樣瀝青導(dǎo)致結(jié)果與路面實(shí)際有偏差。
b)弗拉斯脆點(diǎn)尤其適用千基質(zhì)瀝青的低溫性能評(píng)價(jià)
，其測(cè)試結(jié)果對(duì)千評(píng)價(jià)改性瀝青的低溫性能有參考價(jià)值
，但部分樣品區(qū)分度不明顯。
c)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從粘彈性角度分析改性瀝青的低溫性能
，兼具理論和實(shí)際意義
，可以有效反映改性瀝青的低溫性能；然而
，采用該指標(biāo)評(píng)價(jià)改性瀝青的研究相對(duì)較少
，其對(duì)不同種類(lèi)改性瀝青低溫性能的適用性仍有待進(jìn)一步開(kāi)展。
d)彎曲梁流變?cè)囼?yàn)可以有效評(píng)價(jià)改性瀝青的低溫性能
，評(píng)價(jià)結(jié)果與混合料低溫抗開(kāi)裂測(cè)試結(jié)果的一致性高
，不僅能夠表征改性低溫性能的好壞，還能高效區(qū)分不同種類(lèi)的改性瀝青
，然而其評(píng)價(jià)結(jié)果的連續(xù)性還有待研究
。
e)傳統(tǒng)的瀝青低溫性能評(píng)價(jià)方法得到的結(jié)果對(duì)非均質(zhì)瀝青體系僅有參考價(jià)值，對(duì)應(yīng)混合料的低溫抗開(kāi)裂性能評(píng)價(jià)才能真實(shí)反映瀝青材料的低溫性能
。
f)因?yàn)r青容易老化
，評(píng)價(jià)其低溫性能時(shí)有必要考慮老化后瀝青的脆性指標(biāo)。
來(lái)源：中國(guó)瀝青路面網(wǎng)
聚合物改性瀝青概述
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