聚合物改性瀝青測力延度試驗(yàn)評價(jià)參數(shù)選擇與分析

郭辛玲

（山西平陽路橋有限公司二分公司，山西 臨汾 041000）

為了提升普通瀝青的低溫性能，常采用SBS改性劑對普通瀝青進(jìn)行改性，使其低溫性能得到改善，延度用來評價(jià)瀝青的低溫性能已在我國應(yīng)用較為普遍，且操作方法簡便直觀，但延度試驗(yàn)方法運(yùn)用于改性瀝青時(shí)與彎曲梁流變試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性并不高，不能更為準(zhǔn)確地評價(jià)改性瀝青的低溫性能[1]。各國工作者陸續(xù)開展了大量基于測力延度的瀝青性能評價(jià)[2-3]。Radiziszewski通過測力延度試驗(yàn)通過積分計(jì)算的韌性比可以很好地評價(jià)改性瀝青的低溫性能，且韌性比與改性瀝青混合料的疲勞壽命相關(guān)性好[3]。Shuler等人認(rèn)為改性瀝青測力延度試驗(yàn)結(jié)果中彈性變形階段受普通瀝青的影響，而瀝青蠕變階段的斜率受改性瀝青性能的影響[4]。

改性瀝青的延度試驗(yàn)曲線基本都遵循圖1曲線，AB段為彈性階段，為低溫下瀝青的彈性變形，當(dāng)改性瀝青受拉達(dá)到最大彈性極限時(shí)，進(jìn)入BC階段，BC階段為塑性勁縮階段，當(dāng)?shù)睫D(zhuǎn)折點(diǎn)Fz點(diǎn)時(shí)，曲線上升，進(jìn)入瀝青蠕變階段。在全過程中，屈服應(yīng)變能為E=LMAX×FMAX，F(xiàn)MAX和LMAX分別為瀝青拉伸彈性過程中最大拉力及彈性最大拉升距離，反映瀝青彈性階段能量的存儲能力；拉斷功為ABCDF閉合區(qū)域的積分，為SABCDF，反映瀝青斷裂時(shí)，瀝青的應(yīng)變能全部釋放才會斷裂；韌性比為SCDFE/SABE。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對普通瀝青、SBS改性瀝青、橡膠瀝青進(jìn)行測力延度試驗(yàn)，研究拉伸過程中測力延度曲線表征的屈服應(yīng)變能E、拉斷功W、韌性比R和延度對瀝青低溫性能的反應(yīng)能力。

圖1 測力延度試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

試驗(yàn)中普通瀝青選用中海70號普通瀝青；改性瀝青選用燕山石化1301線型SBS改性瀝青，SBS劑量為2%、3%、4%、5%；橡膠瀝青選用60目的橡膠粉，劑量為1%、2%、3%、4%。通過改性后運(yùn)用全自動瀝青延度試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)，溫度選用5℃，拉伸速度為5 cm/min[5]，記錄試驗(yàn)過程中拉力與拉伸長度的關(guān)系。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對不同劑量SBS改性瀝青及老化后SBS改性瀝青進(jìn)行測力延度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表1 SBS改性瀝青測力延度試驗(yàn)結(jié)果

表2 4%SBS改性+橡膠粉測力延度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同測力延度參數(shù)與SBS/膠粉摻量的關(guān)系

從試驗(yàn)結(jié)果來看，SBS改性瀝青老化前后均隨SBS改性劑劑量的增加，彈性階段延度拉力峰值FMAX明顯增大，彈性變形值略有增加，相應(yīng)屈服應(yīng)變能也增大，但屈服應(yīng)變能增大不太明顯。表明SBS改性劑對瀝青彈性階段的屈服應(yīng)變能值影響較小，這也證實(shí)了Shuler等人的觀點(diǎn)。

拉斷功包括瀝青變形過程中彈性應(yīng)變能與塑性應(yīng)變能，反映瀝青從外力拉伸開始到試件斷裂，外力對瀝青所做的功。從SBS改性瀝青拉斷功來看，隨SBS劑量的增加，拉斷功單調(diào)增加；老化后雖然屈服應(yīng)變能增加，但拉斷功及韌性比降低，原因是老化使瀝青輕質(zhì)組份揮發(fā)、老化，瀝青質(zhì)增加，從而引起瀝青的變硬，彈性變形能力增強(qiáng)。拉斷功可以全面反映瀝青從拉伸起到斷裂前瀝青吸收能量的能力。

改性瀝青韌性比反映改性瀝青在拉伸破壞過程中塑性變形吸收的能量與彈性變形吸收能量的比值。SBS改性瀝青韌性比隨SBS劑量的增加，呈先增長后降低的趨勢，當(dāng)SBS含量約4%時(shí)，韌性比達(dá)最大。提高SBS改性劑劑量時(shí)，韌性比反而有減小的趨勢。延度結(jié)果與韌性比結(jié)果趨勢有很好的一致性，但與拉斷功變化趨勢不同。

從SBS改性瀝青測力延度試驗(yàn)結(jié)果屈服應(yīng)變能、拉斷功、韌性比、延度指標(biāo)來看，拉斷功能夠反映瀝青整個(gè)彈性變形及塑性蠕變階段的所有能量變化特征，而屈服應(yīng)變能、韌性比、延度只是反映瀝青變形過程中的一階段的性能，韌性比可以反映瀝青在塑性變形過程中應(yīng)力松弛能力。

4%SBS改性瀝青添加不同劑量橡膠粉，老化前韌性比、延度均隨劑量的增加呈單調(diào)下降的曲線，拉斷功呈先下降后增加的變化，但總體趨勢呈上升趨勢。老化后屈服應(yīng)變能、拉斷功、韌性比、延度曲線變化趨勢基本相同。選用拉斷功相對其他參數(shù)將更有效地評價(jià)復(fù)合改性瀝青的低溫性能。

3 結(jié)論

a）隨SBS改性瀝青劑量的增加，延度試驗(yàn)結(jié)果中屈服應(yīng)變能、拉斷功均增加，韌性比及延度均出現(xiàn)先增加后減小的趨勢，而拉斷功為瀝青從彈性階段到塑性階段全過程應(yīng)變能吸收的量度，拉斷功將更為全面評價(jià)改性瀝青的低溫延伸性能，而屈服應(yīng)變能、韌性比及延度只是評價(jià)改性瀝青受拉狀態(tài)的一個(gè)階段性評價(jià)參數(shù)。

b）韌性比可以評價(jià)改性瀝青塑性能力與彈性能力所占的比例，韌性比達(dá)到最大值后繼續(xù)提高SBS改性劑的劑量，SBS改性瀝青的稠度將進(jìn)一步增大，從而使SBS改性劑的延展性能受阻，降低了其塑性性能，所以韌性比可以輔助用于確定改性瀝青中改性劑的合理劑量。

c）隨4%SBS改性瀝青中橡膠粉劑量的增加，韌性比降低，延度降低，屈服應(yīng)變能總體趨勢增加。從拉斷功來看，隨橡膠粉劑量的增加拉斷功增加。表明此復(fù)合改性瀝青彈性變形能力增強(qiáng)，塑性變形能力減弱，總斷裂應(yīng)變能增加。所以，拉斷功用于評價(jià)復(fù)合改性瀝青的低溫性能同樣適用。