高弹改性沥青的流变性响应_史思强
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国内对高弹改性沥青混合料已有初步研究［7 － 8］， 但对高弹沥青胶结料的研究较少。本文针对高弹改 性沥青的各项性能，以一般改性沥青为对比，进行 高弹改性沥青的感温性 （ 针入度试验和粘度试验） 、 高温性能 （ 软化点试验和 DSR 抗车辙因子） 、低温 性能 （ 延度试验和 BBR 试验） 及疲劳试验 （ DSR 疲 劳性能） 及其他性能指标的研究，综合分析不同条件 下高弹改性沥青胶结料的流变响应特性，为其在桥面铺 装及抗反射裂缝，乃至进一步的应用奠定基础。
高弹改性沥青的流变性响应
史思强1 ，杨玉晶2 ，高 林2
（ 1． 河南省交通运输厅高速公路濮阳至鹤壁管理处，河南 濮阳 457000； 2． 河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450006）
摘要： 为研究高弹改性沥青胶结料性能，对其进行感温性能、高温性能、低温性能及疲劳性能试验，考察高弹改性 沥青胶结料在不同条件下的流变响应特性。试验结果表明: 高弹改性沥青较软，且温度敏感性较小，温度高于
135 ℃ 后，高弹改性沥青呈牛顿流体性质，可以采用旋转粘度试验对其测试; 老化前后，高弹改性沥青的软化点较 SBS 改性沥青分别高 28. 8% 和 26. 4% ，76 ℃ 和 82 ℃ 下 2 种沥青胶结料的抗车辙因子相当，而高弹改性沥青的抗车
辙因子随温度的变化率较为稳定; 老化前后的高弹改性沥青低温延度分别为 SBS 改性沥青的 2 倍和 1. 4 倍，其低温 PG 分级分别较 SBS 改性沥青低 2 个和 1 个等级，蠕变劲度较小，其低温流变性较好; 高弹改性沥青胶结料的 DSR 疲
第 30 卷 第 2 期 2013 年 2 月
公路交通科技 Journal of Highway and Transportation Research and Development
Vol. 30 No. 2 Feb． 2013
doi： 10. 3969 / j. issn. 1002 － 0268. 2013. 02. 003
质量变化 /% 针入度比 /%
0． 83
0． 993 6 77． 6 89． 4 288 97． 8 1． 018 1． 1 0． 012 79． 5
76
－ 0． 11
0． 990 3 38． 7 65． 8 345 86． 2 1． 034 2． 0 0． 03 74． 3
40 ～ 60
—
— ≥20 ≥60 ≥230 ≥75 实测 ≤2． 5 ≤0． 8 ≥55
Abstract： In order to research the properties of modified asphalt with high elasticity，the tests，including temperature susceptibility，high-temperature behavior，low-temperature behavior and fatigue property，are carried out to analyze the response of rheological behavior of modified asphalt with high elasticity under different conditions． The test result indicates that （ 1） Modified asphalt with high elasticity is softer and has smaller temperature susceptibility． When the temperature is higher than 135 ℃ ，it looks like a Newtonian fluid and can be tested by rotary viscometer． （ 2 ） Before and after aging，the softening point of modified asphalt with high elasticity is 28. 8% and 26. 4% higher than that of SBS modified asphalt respectively． The value of anti-rutting factor for two modified asphalts are equivalent at 76 ℃ and 82 ℃ ，but the change rate of the anti-rutting factor of modified asphalt with temperature is relatively gentle． （ 3） Before and after aging， the low temperature ductility of modified asphalt with high elasticity is 2 times and 1. 4 times of the value of SBS modified asphalt respectively， For PG grade， the former is 2 and 1 level lower than the latter respectively，with smaller creep strength degree and better low-temperature rheological behavior． （ 4 ） The value of DSR fatigue property of modified asphalt with high elasticity is about 1 /6 of that of SBS modified asphalt，with large strain and fine fatigue property． Key words： road engineering； modified asphalt with high elasticity； rheological behavior； high and low temperature performance； fatigue property
收稿日期： 2012 － 05 － 07 作者简介： 史思强 （ 1965 － ） ，男，河南商丘人，高级工程师 . （ siqiang6677@ sina. com）
第2 期
史思强，等： 高弹改性沥青的流变性响应
15
0 引言
由于受车辆荷载及自然力的作用，用于桥面铺 装的沥青混合料所受变形及疲劳性能明显比普通路 面大。因此，铺装的沥青混合料在低温大变形及反 复疲劳应力作用下会产生开裂［1 － 3］。对于半刚性基 层，由于在混合料面层底部有较大的拉应力，在荷 载作用下，当拉应力大于混合料的极限应力时，混 合料面层产生反射开裂，导致路面产生裂缝，进而 造成路面的水损坏等病害的产生［4 － 6］。高弹改性沥 青是一种新型改性沥青，它是基于降低改性沥青在 发生疲劳时单次循环而损耗的能量，即最大程度地 减小疲劳发生时产生的转变热能，以此实现提高改 性沥青疲劳寿命的目的而研发，具有较好的延伸性 能和抗疲劳性能，主要用于桥面铺装和解决半刚性 基层上沥青路面的反射裂缝问题。
技术要求
针入度（ 25 ℃，100 g，5 s） / （ 0． 1 mm）
94
针入度指数
PI 相关系数
延度（ 5 ℃ ，5 cm / min） / cm
软化点（ 环球法） /℃
闪点（ COC） / ℃
弹性恢复 25 ℃ / %
密度（ 15 ℃ ） / （ g·cm － 3 ）
储存稳定性 /℃
TFOT 后残留物
16
公路交通科技
第 30 卷
表 2 针入度试验结果 Tab. 2 Test result of penetration
沥青胶结料 类型
高弹改性沥青 SBS 改性沥青
针入度 / （ 0． 1 mm）
15 ℃
25 ℃
30 ℃
42
94
135
25
76
113
针入度指数
0． 83 － 0． 11
种沥 青 胶 结 料 的 针 入 度 敏 感 系 数 分 别 为 0. 033 和 0. 041，说明两者的高温性能良好。由高弹改性沥青 和 SBS 改性沥青的针入度指数分别为 0. 83 和 － 0. 11 可知，前者的感 温 性 较 低， 而 后 者 相 对 较 高， 这 也 与 2 种沥青胶结料的针入度敏感系数的变化规律相 一致。由此可知，高弹改性沥青的感温性指标较好， 对于季节性温差较大的桥面铺装层及高温重载下的 沥青路面更为实用。 2. 2 旋转粘度试验
1 原材料性能
试验采用一种高弹改性沥青，以 SBS 改性沥青 作对比分析，2 种沥青胶结料的常规试验指标见表 1。
表 1 2 种沥青胶结料的主要技术性质 Tab. 1 Property of two kinds of asphalt binder
检测项目
试验结果
高弹改性 SBS 改性
沥青
沥青
SBS 改性 沥青
在 15、25、30 ℃ 下对 2 种沥青胶结料进行针入 度试验，并根据相关公式求得针入度指数，结果如 表 2 所示。
由表 2 可知，2 种沥青胶结料的针入度均随温度 的升高而增大，这主要是因为随着温度的升高，沥 青胶结 料 由 塑 性 体 向 粘 性 体 转 化。 Hale Waihona Puke Baidu 相 同 温 度 下， 高弹改性沥青的针入度均大于 SBS 改性沥青的相应 值，由此表明前者较软； 由针入度试验数据可得2
2 感温性分析
沥青胶结料的感温性是指沥青的粘塑性随温度 而变化的性能，一般采用不同温度下沥青胶结料的 针入度或粘度反映。国内外评价沥青胶结料感温性 的指标众多，考虑试验方法的简单性、易操作性等， 本研究采用针入度 （ 主要为针入度指数） 和粘度指 标考察高弹改性沥青的感温性能。 2. 1 针入度与针入度指数
SHI Siqiang1 ，YANG Yujing2 ，GAO Lin2
（ 1． Puyang-Hebi Administrative Office of Expressway of Henan Transport Department，Puyang Henan，457000，China； 2． Henan Transport Research Institute Co． ，Ltd． ，Zhengzhou Henan 450006，China）
由于在下文要详细展开对高弹改性沥青和 SBS 改性沥青的感温性能、高温性能、低温性能和疲劳 性能的讨论，因此以下主要就表 1 对高弹改性沥青 胶结料的几种指标进行简要分析：
（ 1） 闪点 由表 1 试验数据可知，高弹改性沥青和 SBS 改 性沥青的闪点分别为 288 ℃ 和 345 ℃ ，均较改性沥 青的规范要求 230 ℃ 大，从而说明高弹改性沥青的 施工安全性比较好。 （ 2） 弹性恢复 高弹改性沥青和 SBS 改性沥青的弹性恢复分别 为 97. 8% 和 86. 2% ，均满足改性沥青的相关指标， 高弹改性沥青的弹性恢复较 SBS 改性沥青高 13% ， 有较好的恢复变形能力，从而反映了高弹改性沥青 的抗变形疲劳性能较好［9］。 （ 3） 储存稳定性 储存稳定性指标表明的是改性剂与基质沥青拌 和后的相容稳定性问题。由高弹改性沥青和 SBS 改 性沥青的储存稳定性指标分别为 1. 1 和 2. 0，均满足 规范对改性沥青的要求。2 种沥青胶结料相比，高弹 改性沥青的储存稳定性更佳，由此表明高弹改性沥 青的配伍性比较好，结合稳定。 （ 4） 老化性能 由老化后 2 种沥青胶结料的质量变化指标和针 入度比指标可知，高弹改性沥青老化后指标满足相 关规范对改性沥青的要求，且优于一般改性 SBS 沥 青，具有较好的抗老化性能。
劳性能指标约为 SBS 改性沥青的 1 /6，其应变较大，抗疲劳性能优良。
关键词： 道路工程; 高弹改性沥青; 流变性; 高低温性能; 疲劳性能
中图分类号： U416. 217. 03
文献标识码： A
文章编号： 1002 － 0268 （ 2013） 02 － 0014 － 05
Response of Rheological Behavior of Modified Asphalt with High Elasticity
高弹改性沥青的流变性响应
史思强1 ，杨玉晶2 ，高 林2
（ 1． 河南省交通运输厅高速公路濮阳至鹤壁管理处，河南 濮阳 457000； 2． 河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450006）
摘要： 为研究高弹改性沥青胶结料性能，对其进行感温性能、高温性能、低温性能及疲劳性能试验，考察高弹改性 沥青胶结料在不同条件下的流变响应特性。试验结果表明: 高弹改性沥青较软，且温度敏感性较小，温度高于
135 ℃ 后，高弹改性沥青呈牛顿流体性质，可以采用旋转粘度试验对其测试; 老化前后，高弹改性沥青的软化点较 SBS 改性沥青分别高 28. 8% 和 26. 4% ，76 ℃ 和 82 ℃ 下 2 种沥青胶结料的抗车辙因子相当，而高弹改性沥青的抗车
辙因子随温度的变化率较为稳定; 老化前后的高弹改性沥青低温延度分别为 SBS 改性沥青的 2 倍和 1. 4 倍，其低温 PG 分级分别较 SBS 改性沥青低 2 个和 1 个等级，蠕变劲度较小，其低温流变性较好; 高弹改性沥青胶结料的 DSR 疲
第 30 卷 第 2 期 2013 年 2 月
公路交通科技 Journal of Highway and Transportation Research and Development
Vol. 30 No. 2 Feb． 2013
doi： 10. 3969 / j. issn. 1002 － 0268. 2013. 02. 003
质量变化 /% 针入度比 /%
0． 83
0． 993 6 77． 6 89． 4 288 97． 8 1． 018 1． 1 0． 012 79． 5
76
－ 0． 11
0． 990 3 38． 7 65． 8 345 86． 2 1． 034 2． 0 0． 03 74． 3
40 ～ 60
—
— ≥20 ≥60 ≥230 ≥75 实测 ≤2． 5 ≤0． 8 ≥55
Abstract： In order to research the properties of modified asphalt with high elasticity，the tests，including temperature susceptibility，high-temperature behavior，low-temperature behavior and fatigue property，are carried out to analyze the response of rheological behavior of modified asphalt with high elasticity under different conditions． The test result indicates that （ 1） Modified asphalt with high elasticity is softer and has smaller temperature susceptibility． When the temperature is higher than 135 ℃ ，it looks like a Newtonian fluid and can be tested by rotary viscometer． （ 2 ） Before and after aging，the softening point of modified asphalt with high elasticity is 28. 8% and 26. 4% higher than that of SBS modified asphalt respectively． The value of anti-rutting factor for two modified asphalts are equivalent at 76 ℃ and 82 ℃ ，but the change rate of the anti-rutting factor of modified asphalt with temperature is relatively gentle． （ 3） Before and after aging， the low temperature ductility of modified asphalt with high elasticity is 2 times and 1. 4 times of the value of SBS modified asphalt respectively， For PG grade， the former is 2 and 1 level lower than the latter respectively，with smaller creep strength degree and better low-temperature rheological behavior． （ 4 ） The value of DSR fatigue property of modified asphalt with high elasticity is about 1 /6 of that of SBS modified asphalt，with large strain and fine fatigue property． Key words： road engineering； modified asphalt with high elasticity； rheological behavior； high and low temperature performance； fatigue property
收稿日期： 2012 － 05 － 07 作者简介： 史思强 （ 1965 － ） ，男，河南商丘人，高级工程师 . （ siqiang6677@ sina. com）
第2 期
史思强，等： 高弹改性沥青的流变性响应
15
0 引言
由于受车辆荷载及自然力的作用，用于桥面铺 装的沥青混合料所受变形及疲劳性能明显比普通路 面大。因此，铺装的沥青混合料在低温大变形及反 复疲劳应力作用下会产生开裂［1 － 3］。对于半刚性基 层，由于在混合料面层底部有较大的拉应力，在荷 载作用下，当拉应力大于混合料的极限应力时，混 合料面层产生反射开裂，导致路面产生裂缝，进而 造成路面的水损坏等病害的产生［4 － 6］。高弹改性沥 青是一种新型改性沥青，它是基于降低改性沥青在 发生疲劳时单次循环而损耗的能量，即最大程度地 减小疲劳发生时产生的转变热能，以此实现提高改 性沥青疲劳寿命的目的而研发，具有较好的延伸性 能和抗疲劳性能，主要用于桥面铺装和解决半刚性 基层上沥青路面的反射裂缝问题。
技术要求
针入度（ 25 ℃，100 g，5 s） / （ 0． 1 mm）
94
针入度指数
PI 相关系数
延度（ 5 ℃ ，5 cm / min） / cm
软化点（ 环球法） /℃
闪点（ COC） / ℃
弹性恢复 25 ℃ / %
密度（ 15 ℃ ） / （ g·cm － 3 ）
储存稳定性 /℃
TFOT 后残留物
16
公路交通科技
第 30 卷
表 2 针入度试验结果 Tab. 2 Test result of penetration
沥青胶结料 类型
高弹改性沥青 SBS 改性沥青
针入度 / （ 0． 1 mm）
15 ℃
25 ℃
30 ℃
42
94
135
25
76
113
针入度指数
0． 83 － 0． 11
种沥 青 胶 结 料 的 针 入 度 敏 感 系 数 分 别 为 0. 033 和 0. 041，说明两者的高温性能良好。由高弹改性沥青 和 SBS 改性沥青的针入度指数分别为 0. 83 和 － 0. 11 可知，前者的感 温 性 较 低， 而 后 者 相 对 较 高， 这 也 与 2 种沥青胶结料的针入度敏感系数的变化规律相 一致。由此可知，高弹改性沥青的感温性指标较好， 对于季节性温差较大的桥面铺装层及高温重载下的 沥青路面更为实用。 2. 2 旋转粘度试验
1 原材料性能
试验采用一种高弹改性沥青，以 SBS 改性沥青 作对比分析，2 种沥青胶结料的常规试验指标见表 1。
表 1 2 种沥青胶结料的主要技术性质 Tab. 1 Property of two kinds of asphalt binder
检测项目
试验结果
高弹改性 SBS 改性
沥青
沥青
SBS 改性 沥青
在 15、25、30 ℃ 下对 2 种沥青胶结料进行针入 度试验，并根据相关公式求得针入度指数，结果如 表 2 所示。
由表 2 可知，2 种沥青胶结料的针入度均随温度 的升高而增大，这主要是因为随着温度的升高，沥 青胶结 料 由 塑 性 体 向 粘 性 体 转 化。 Hale Waihona Puke Baidu 相 同 温 度 下， 高弹改性沥青的针入度均大于 SBS 改性沥青的相应 值，由此表明前者较软； 由针入度试验数据可得2
2 感温性分析
沥青胶结料的感温性是指沥青的粘塑性随温度 而变化的性能，一般采用不同温度下沥青胶结料的 针入度或粘度反映。国内外评价沥青胶结料感温性 的指标众多，考虑试验方法的简单性、易操作性等， 本研究采用针入度 （ 主要为针入度指数） 和粘度指 标考察高弹改性沥青的感温性能。 2. 1 针入度与针入度指数
SHI Siqiang1 ，YANG Yujing2 ，GAO Lin2
（ 1． Puyang-Hebi Administrative Office of Expressway of Henan Transport Department，Puyang Henan，457000，China； 2． Henan Transport Research Institute Co． ，Ltd． ，Zhengzhou Henan 450006，China）
由于在下文要详细展开对高弹改性沥青和 SBS 改性沥青的感温性能、高温性能、低温性能和疲劳 性能的讨论，因此以下主要就表 1 对高弹改性沥青 胶结料的几种指标进行简要分析：
（ 1） 闪点 由表 1 试验数据可知，高弹改性沥青和 SBS 改 性沥青的闪点分别为 288 ℃ 和 345 ℃ ，均较改性沥 青的规范要求 230 ℃ 大，从而说明高弹改性沥青的 施工安全性比较好。 （ 2） 弹性恢复 高弹改性沥青和 SBS 改性沥青的弹性恢复分别 为 97. 8% 和 86. 2% ，均满足改性沥青的相关指标， 高弹改性沥青的弹性恢复较 SBS 改性沥青高 13% ， 有较好的恢复变形能力，从而反映了高弹改性沥青 的抗变形疲劳性能较好［9］。 （ 3） 储存稳定性 储存稳定性指标表明的是改性剂与基质沥青拌 和后的相容稳定性问题。由高弹改性沥青和 SBS 改 性沥青的储存稳定性指标分别为 1. 1 和 2. 0，均满足 规范对改性沥青的要求。2 种沥青胶结料相比，高弹 改性沥青的储存稳定性更佳，由此表明高弹改性沥 青的配伍性比较好，结合稳定。 （ 4） 老化性能 由老化后 2 种沥青胶结料的质量变化指标和针 入度比指标可知，高弹改性沥青老化后指标满足相 关规范对改性沥青的要求，且优于一般改性 SBS 沥 青，具有较好的抗老化性能。
劳性能指标约为 SBS 改性沥青的 1 /6，其应变较大，抗疲劳性能优良。
关键词： 道路工程; 高弹改性沥青; 流变性; 高低温性能; 疲劳性能
中图分类号： U416. 217. 03
文献标识码： A
文章编号： 1002 － 0268 （ 2013） 02 － 0014 － 05
Response of Rheological Behavior of Modified Asphalt with High Elasticity