长沙理工大学
硕士学位论文
SBS改性沥青技术性能和质量评价指标的研究
姓名：包双雁
申请学位级别：硕士
专业：道路与铁道工程
指导教师：刘大梁
20070401
弹性恢复性能指标用来反映改性沥青弹性性质增加的程度。弹性好的沥青在外力作用下所产生的变形能够逐渐恢复，所剩的永久变形较小，因此弹性恢复可以衡量路面受力后变形的恢复能力ｏ”。
弹性恢复试验是参照美国ＡＳＴＭ６０８４—９７及Ｄ５９７６—９６规定的拉伸弹性试验，即《公路改性沥青路面施工技术规范》讨论稿中所推荐的方法。它是采用延度试验所用的试模，但中间部分换为直线侧模。制作出的试件截面积为１ｃｍ２。试验时按延度试验方法在２５±０．５℃试验温度下以５ｃｍ／ｍｉｎ规定速率拉伸试样达１０ｃｍ时停止，用剪刀在中间将沥青试样剪成两部分，原封不动保持试样在水中１ｈ，然而将两个半截试样对至尖端刚好接触，测量试件的长度为ｘ，按式２．７计算弹性恢复，即延度试验拉长至１０ｃｍ后的可恢复变形的百分率。
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弹性恢复率＝三！；≥×１００％（２．７）
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２．３．２老化试验’
２．３．２．１、短期老化试验（ＲＴＦＯＴ）
沥青旋转薄膜老化试验仪（如图２．１）主要是模拟在施工拌和与铺筑过程中沥青产生的老化作用。沥青路面的低温开裂、疲劳开裂和松散等，与沥青结合料的老化有直接关系。沥青老化除了与温度、时间、沥青膜的厚度有关外，还与沥青的结构和组成有关。研究得出，沥青老化后软化点升高，针入度下降；沥青质剂量增加，胶质和芳香分剂量减小，饱和分由于轻组分裂化和挥发；沥青的粘度随老化时间的延长呈指数上升。
图２．１旋转薄膜老化试验仪
旋转式薄膜加热试验（ＲＴＦＯＴ）是评价沥青短期老化性能的指标。所谓沥青的短期老化主要是指沥青在拌和与铺筑过程的老化。具体试验方法如下：将３５９沥青试样倒入高为１４０ｍｍ，直径为６４姗的开口玻璃瓶中，将盛样瓶插入旋转烘箱中，以４０００ｍＬ／ｍｉｎ的流量吹入热空气，在１６３℃的高温下以１５ｒ／ｍｉｎ的速度旋转，经
过８５ｍｉｎ的老化后，测定沥青的质量损失、针入度、软化点、延度等各项性能指标。据推算，沥青在玻璃瓶中的膜厚仅５～ｌＯｕｍ左右，所以沥青老化的过程不仅有轻质油分的挥发，还含有氧化作用的发生。对改性沥青来说，ＲＴＦＯＴ能保持改性剂在试验过程中处于搅动的状态，能够避免改性剂的离析。ＲＴＦＯＴ方法是使沥青暴露在热空气条件下和气流中，一方面促使沥青中的轻质油分的挥发，一方面沥青与空气中的氧发生化学发应。作为试验结果的质量损失来说，有时会得出质量没有减轻反而增加的结果，这种情况并非反常，它是由于氧化反应使得沥青质量增加超过了轻质油分挥发部分的缘故，所以质量“损失”表示沥青老化，“增加”同样反映沥青的老化。由此可见，“质量损失”指标本身很难说明沥青的老化程度，因此作为老化程度的评定指标，用针入度变化比较合适。
２．３．２．２长期老化试验
长期老化试验是由压力老化仪ＰＡＶ（如图２．２）实现的，该试验通过沥青在９０～１１０℃、２．１ＭＰａ的压力条件，经过２０ｈ的压力老化来模拟沥青的长期老化过程（气候和交通荷载对沥青的长期影响，反映了实际沥青路面处于５～１０年时的情况），提供ＳＨＲＰ技术性能试验用的长期老化沥青样品。本研究中，选用ｌｏｏ℃下对沥青进行老化，老化后样品主要用于ＤＳＲ试验和ＢＢＲ试验。
图２．２压力老化试验仪
２．３．３ｓＨＲＰ试验方法
２．３．３．１动态剪切流变（ＤｓＲ）试验
动态剪切流变仪（ＤｙｎａｍｉｃＳｈｅａｒＲｈｅｏｍｅｔｅｒ，如图２．３）属于平板式流变仪，沥青试样夹在平板之间，一个板块固定，一个板块围绕着中心轴来回摆动，振荡板从Ａ点开始移动到Ｂ点，又从Ｂ点返回经Ａ点到Ｃ点，然后再从Ｃ点回到Ａ点，形成一个循环周期，如图２．４所示。
图２．３美国ＳＨＲＰ设备动态剪切流变仪
ＤＳＲ试验通过测定沥青结合料的复数剪切模量（Ｇ’）和相位角（６）来表征沥青结合料的粘性和弹性性质。所施加的荷载为正弦荷载，其应力应变波形如图２．５所示。对于弹性材料，当有荷载作用时，应力和应变是完全同步的，其相位角６等于Ｏ；而粘性材料应力和应交响应不能保持同步，时间上有较大的滞后，相位角６接近９０。；粘弹性材料应力和应变不同步，相位角介于０～９０。。在通常的路面温度和交通荷载情况下，沥青同时呈现出粘性和弹性性质。
图２．４动态剪切流变仪工作原理圈２．５粘弹性材料应力一应变原理
复数剪切模量（Ｇ＋）是材料重复剪切变形时总阻力的度量，ＳＨＲＰ研究中将它分为两部分：储存剪切模量Ｇ’，即弹性（可恢复）部分；损失剪切模量Ｇ”，即粘性（不可恢复）部分。相位角６是可恢复和不可恢复变形数量的相对指标。其中储存剪切模量Ｇ７＝Ｇ＋／ｃｏｓ６，反映沥青变形过程中能量的储存与释放；而损失剪切模量Ｇ”＝Ｇ＋ｓｉｎ６，反映沥青在变形过程中由于内部摩擦产生的以热的形式散失的能量，其值越大，表示重复荷载作用下的能量损失速度越快。
本法用于评价改性沥青的高温性能和疲劳耐久性。
２．３．３．２弯曲梁流变（Ｂ队）试验
ｓＨＲＰ采用沥青的简支梁弯曲试验阴Ｒ（ＢｅａｍＢｅｎｄｉｎｇＲｈｅｏｍｅｔｅｒ，如图２．６所示）评价沥青结合料的低温性能，其中有两个评价参数：蠕变劲度（ｓ）和蠕变
斜率（ｍ）。蠕变荷载模拟温度下降时路面中逐渐形成的温度应力，蠕变劲度为沥青结合料对蠕变荷载的抗力，而蠕变斜率为加载过程中沥青劲度一时间曲线斜率。其工作原理如图２．７所示，将一规定尺寸的沥青小梁试件放在支承架上进行蠕变加载，荷载用一个小气压泵施加，不断调节气压泵气压大小，使小梁上所加荷载保持为常值９８０±５０ｍＮ，整个试验持续２４０ｓ。计算机数据采集系统自动采集荷载、变形等数据信息。
图２．６美国ｓＨＲＰ设备弯曲梁流变仪
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图２．７弯曲梁流变仪Ｂ职工作原理
低温劲度模量反映了沥青结合料的低温性能，低温劲度越低，则沥青的低温柔性越好，不同研究者提出了不同劲度模量测试条件，ｓＨＲＰ认为期望的蠕变劲度测试条件是沥青试样在最低路面设计温度，荷载作用时间宜用７２００ｓ，但为了试验的简单和可行，应用时间一温度换算法则，ｓＨＲＰ把试验温度提高１０℃，荷载作用时间缩短到６０ｓ，可以获得相同的蠕变劲度。
２．３．３．３ＢｒｏｏｋｆｉｅＩｄ粘度试验
为了保证沥青混合料的可施工性，沥青在施工温度下粘度不能过大，规范中要求１３５℃时沥青的粘度应低于３．ＯＰａ．ｓ。本研究采用Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ旋转粘度仪测试基质沥青和改性沥青不同温度下的粘度值，分析ＳＢｓ改性沥青粘度随温度的变化规律。