馬小波MA Xiao-bo

（寧夏公路工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），銀川 750000）

0 引言

改性瀝青溫度敏感性不同的評價方法和標準對不同類型的改性瀝青具有不同的適用性[1]。雖然改性瀝青具有良好的抗老化和改善路面性能的效果，但是它的性能隨著溫度的變化而變化，尤其是在高溫和低溫情況下，性能表現(xiàn)具有較大的差別，因此改性瀝青溫度敏感性評價的研究變得越來越重要[2]。王嵐[3]研究了SBS 改性瀝青、橡膠粉改性瀝青、復合改性瀝青老化前后的溫度敏感性。針對上述問題，本文通過探究不同評價方法下改性瀝青溫度的敏感性，并評價不同的評價方法在對改性瀝青溫度敏感性的評價中的適用性和局限性，旨在為改性瀝青的性能評價提供理論和實踐基礎，并為道路建設提供更為可靠和優(yōu)質(zhì)的材料和技術支撐。

1 試驗材料和試驗方案

為了探究不同的溫度敏感性評價方法對不同改性瀝青材料的普適性和準確性，本文選用了密度為1.12g/cm3，針入度為69cm，延展度大于100 的原始瀝青材料進行改良。三種改性瀝青均是基于相同原始瀝青材料進行改性的，其中第一種改性材料為丁苯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS），第二種改性瀝青是基于第一種改性瀝青的基礎上加入了一定的化學助劑而自制的瀝青材料，第三種改性材料則是采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（SBR）。

本次研究采用了4 種常用的關于瀝青溫度敏感性的評價方法即針入度法（Penetration Index，簡稱PI）、針入度-黏度指數(shù)法（Penetration Viscosity Number，簡稱PVN）、黏溫指數(shù)法（Viscosity Temperature Sensitivity Index method，簡稱VTS），漸變溫度試驗法（Gradient Temperature Strain Test Method，簡稱GTS），期望從4 個不同的評價維度來評價改性瀝青材料的溫度敏感性。4 種不同評價方法的具體試驗方案如表1 所示。

表1 4 種不同評價方法試驗方案

2 試驗結果及分析

瀝青的溫度敏感性是指瀝青性能隨著溫度的變化而變化的能力，這是瀝青在路面應用中非常重要的性能指標。而針入度指數(shù)法則是將針入度與溫度和負荷的變化關系考慮在內(nèi)，用來評價瀝青的感溫性能。通過表1 中的計算公式得到不同溫度下瀝青的針入度。

由于溫度上升會使瀝青分子中的化學鍵斷裂或松弛，導致它們更容易被穿透和插入。此外，溫度升高也有助于減少粘性。這使得瀝青分子之間的摩擦越來越小，力學阻力越來越小，因此更容易穿透。除外在溫度為10℃以外，整體上自制瀝青的針入度較高，其次是SBR 改性瀝青，最后是SBC 改性瀝青。這是由于瀝青的組分和結構存在差異，不同瀝青品種在針入度上可能出現(xiàn)差異。

根據(jù)圖1 中的針入度數(shù)據(jù)結合表1 中的計算公式可以計算3 種不同改性瀝青材料的針入度指數(shù)分別為2.405、3.751、2.463。對比SBS 改性瀝青材料、自制瀝青材料和SBR改性瀝青材料的針入度指數(shù)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)自制瀝青材料的針入度指數(shù)最大，SBS 改性瀝青材料的針入度指數(shù)最小，SBR 改性瀝青材料的針入度指數(shù)略小于自制瀝青材料的針入度指數(shù)。這說明自制瀝青材料的柔軟度較大、凝聚性較弱，溫度敏感性較高，適用于高粘度條件下的使用。而SBS改性瀝青材料的針入度指數(shù)較小，說明其柔軟度較小、凝聚性強，溫度敏感性較低，適用于低溫條件下的使用。SBR 改性瀝青材料的針入度指數(shù)介于自制瀝青材料和SBS 改性瀝青材料之間，適用于中等溫度條件下的使用。

圖1 不同溫度下3 種改性瀝青材料的溫度針入度取值

為了探究針入度黏度指數(shù)法對于不同改性瀝青材料溫度敏感性的評價效果，同時了解改性瀝青在不同溫度下的性能表現(xiàn)，評價改性效果的好壞，通過表1 中的公式結合圖1 中的針入度計算出3 種不同改性瀝青在20℃到50℃的PVN20~50值以及20℃到120℃的PVN20~120值如圖2所示。

圖2 3 種改性瀝青的針入度黏度指數(shù)

通過圖2 可知，使用針入度黏度指數(shù)對3 種不同的改性瀝青材料的溫度敏感性進行評價時，3 種不同改性瀝青在20℃到50℃以及50℃到120℃的針入度黏度指數(shù)值基本接近約在2.3 和-7.3 上下浮動。具體而言在溫度為20℃到50℃時，SBS 改性瀝青的針入度黏度指數(shù)值最高，自制瀝青的針入度黏度指數(shù)最低，而在溫度為20℃到120℃時，SBS 改性瀝青的針入度黏度指數(shù)值同樣是最高，但此時自制瀝青的針入度黏度指數(shù)與SBR 改性瀝青的針入度黏度指數(shù)值相同均為-7.54。這是因為針對不同的溫度，瀝青的針入度黏度指數(shù)的變化對瀝青的敏感程度也會不同。在溫度為20℃到50℃時，因為在較低的溫度范圍內(nèi)，黏度對指數(shù)的影響程度較小，而針入度的影響較大，因此SBS的針入度值黏度指數(shù)也相對較高。而在溫度為20℃到120℃時，SBS 改性瀝青的針入度黏度指數(shù)值同樣是最高，這是因為在較高的溫度范圍內(nèi)，黏度對指數(shù)的影響程度相對較大，而SBS 改性瀝青的黏度變化不大，因此其針入度黏度指數(shù)值仍然較高，而自制瀝青的針入度黏度指數(shù)與SBR 改性瀝青的針入度黏度指數(shù)值相同，均為-7.54，這可能是由于自制瀝青和SBR 改性瀝青的性質(zhì)存在相似，導致它們的指數(shù)值在該溫度范圍內(nèi)相同。

黏溫指數(shù)法的基本原理是將改性瀝青在一定溫度范圍內(nèi)的黏度值，固定在一定溫度范圍內(nèi)的黏度值來進行比較。由于在使用黏溫指數(shù)法之前需要通過動態(tài)剪切流變試驗（Dynamic Shear Rheometer Test，簡稱DSR）得到改性瀝青在不同溫度下的復數(shù)剪切模量、相位角和黏度取值然后通過表1 中的公式進行計算才能獲得VTS 具體取值，因此在使用黏溫指數(shù)法對3 種改性瀝青材料評價之前我們進行了DSR 試驗探究了3 種不同的改性瀝青材料的相關物理參數(shù)如圖3 所示。

圖3 不同溫度下3 種改性瀝青的DSR 試驗結果

為了探究黏溫指數(shù)法對于不同改性瀝青溫度敏感性的評價效果，同時了解改性瀝青在不同溫度下的性能表現(xiàn)，評價改性效果的好壞。通過表1 中VTS 法的計算公式結合圖3 中的DSR 試驗試驗結果做出3 種改性瀝青黏度與溫度的散點圖，然后使用Origin 對其進行擬合，得到3種不同改性瀝青材料的擬合方程以及相關系數(shù)R2如圖4所示。

圖4 3 種改性瀝青材料的VTS 擬合曲線

由于圖4 中擬合曲線的斜率即表示VTS 值，因此得到SBS 改性瀝青、自制瀝青、SBR 改性瀝青的VTS 值分別為-6.2003、-5.0001、-6.1462。此外在VTS 法中，黏溫指數(shù)越小，表示改性瀝青對溫度敏感性越小，溫度性能越好。故通過VTS 法評價3 種改性瀝青對溫度敏感性的結果是SBS 改性瀝青在溫度敏感性方面表現(xiàn)最好，自制瀝青在溫度敏感性方面表現(xiàn)最差，而SBR 改性瀝青的溫度敏感性處于中間。

通過表1 中GTS 法的計算公式結合圖3 中的DSR 試驗試驗結果做出3 種改性瀝青的復數(shù)剪切模量與溫度的散點圖，然后使用Origin 對其進行擬合，得到3 種不同改性瀝青材料的擬合方程以及相關系數(shù)R2如圖5 所示。

圖5 3 種改性瀝青材料的GTS 擬合曲線

因為圖5 中擬合曲線的斜率即表示GTS 值，根據(jù)圖5可以得到SBS 改性瀝青的GTS 值為-4.3123，自制瀝青的GTS 值為-4.2654，SBR 改性瀝青的GTS 值為-3.8134。同樣在GTS 法中，GTS 指數(shù)越小，表示改性瀝青對溫度敏感性越小，溫度性能越好。通過比較這三種改性瀝青的GTS值，可以得出SBS 改性瀝青的溫度敏感性最小，自制瀝青的溫度敏感性居中，SBR 改性瀝青的溫度敏感性最大，也就是說，SBS 改性瀝青在溫度變化下具有較好的變形性能，SBR 改性瀝青的變形能力較差，在溫度梯度變化下容易出現(xiàn)瀝青層龜裂現(xiàn)象。

3 結論

本文為了探究不同評價方法對改性瀝青溫度敏感性的評價結果的差異性，使用了4 種常見的評價方法對3 種不同的改性瀝青的溫度敏感性進行了評價，得到了如下結果：①針對不同類型的瀝青材料的溫度敏感性評價，我們可以靈活選用不同的方法。其中針入度指數(shù)法適用于絕大部分瀝青的評價，但需要注意溫度范圍的限制；②針入度黏度指數(shù)法也適用于大多數(shù)瀝青的評價，但其對數(shù)據(jù)點的精度和個數(shù)要求較高；③黏溫指數(shù)法和漸變溫度試驗法具有精度較高，但其操作相對復雜；總的來說本文的研究能夠為實際工程中對于改性瀝青溫度敏感性的評價提供一定的參考依據(jù)。