多聚磷酸改性瀝青及其混合料低溫性能研究

劉紅瑛+常睿+張銘銘+張振興+郝培文

摘 要：采用常規(guī)低溫性能試驗(yàn)和Superpave低溫性能試驗(yàn)，研究了不同類型多聚磷酸（PPA）改性瀝青膠結(jié)料的低溫性能，對(duì)比分析了瀝青膠結(jié)料低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相應(yīng)關(guān)系，并采用小梁彎曲試驗(yàn)和凍斷試驗(yàn)驗(yàn)證了瀝青混合料的低溫抗裂性能，研究了瀝青膠結(jié)料與混合料低溫性能之間的相關(guān)性.最后對(duì)不同低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性和不足之處進(jìn)行了較為深入的分析.結(jié)果表明，PPA摻入減小了瀝青的延度和勁度模量，老化對(duì)PPA改性瀝青低溫性能的影響顯著；應(yīng)變能密度指標(biāo)表明PPA可以改善瀝青混合料低溫抗裂性；PPA復(fù)配SBR的改性瀝青低溫效果要優(yōu)于SBR改性瀝青；凍斷溫度與凍斷強(qiáng)度能較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)多聚磷酸改性瀝青混合料的低溫抗裂性能.

關(guān)鍵詞：道路工程；多聚磷酸；改性瀝青；低溫；評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-2974（2017）05-00104-09

Abstract：Through the conventional low temperature performance test and Superpave low temperature performance test， the structural performance of different polyphosphoric acid（PPA） modified asphalt binder was investigated at low temperature， and the corresponding relationship of its performance evaluation index was analyzed. Further， the anti-cracking performance of asphalt mixture at low temperature was verified by the improved trabecular bending test and TSRST， and the correlation of low temperature performance between the asphalt binder and the mixture was studied. Finally， the rationality and deficiency of the evaluation index of different low temperature performance were analyzed. The results show that PPA reduced the ductility and stiffness modulus of asphalt， and the aging had great influence on the structural performance of PPA modified asphalt at low temperature. The strain energy density index shows that PPA can improve the cracking resistance of asphalt mixture at low temperature， the anti-cracking performance of PPA compound SBR modified asphalt was better than that of SBR modified asphalt， and the freezing temperature and freeze fracture strength can more accurately evaluate the low temperature performance of PPA modified asphalt.

Key words：road engineering； polyphosphoric acid； modified asphalt； low temperature； evaluation indexes

多聚磷酸改性瀝青與傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青相比，具有價(jià)格低廉、改性工藝簡(jiǎn)單和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì).近年來多聚磷酸改性瀝青越來越受到國(guó)內(nèi)道路工程人員的重視，但目前對(duì)多聚磷酸改性瀝青的研究仍處在初步階段[1-3].

近年來相關(guān)學(xué)者開展了關(guān)于多聚磷酸改性瀝青的研究，王云普等對(duì)多聚磷酸復(fù)配SBR改性瀝青進(jìn)行了研究，研究了交聯(lián)劑、增塑劑、制備工藝對(duì)瀝青高低溫性能的影響[4]；余文科自制了多聚磷酸改性劑，對(duì)多聚磷酸改性瀝青的路用性能、微觀形態(tài)和改性機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，多聚磷酸改善了瀝青混合料的高溫性能，對(duì)水穩(wěn)定性和低溫性能無顯著影響[5]；曹衛(wèi)東等通過針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、彎曲梁流變?cè)囼?yàn)、粘度試驗(yàn)及4組分試驗(yàn)對(duì)多聚磷酸改性瀝青的技術(shù)性能及改性機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，多聚磷酸改性瀝青的高溫性能改善，溫度敏感性降低，粘度增大，但低溫性能略有下降[6].目前大多數(shù)研究都只是針對(duì)多聚磷酸改性瀝青的技術(shù)性能，而對(duì)于多聚磷酸改性瀝青的高、低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)研究較少，且缺乏系統(tǒng)性研究，長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，試驗(yàn)所得到的瀝青低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)并不能客觀且準(zhǔn)確地反映瀝青的實(shí)際路用性能[7-10].因此，有必要在這些試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)間進(jìn)行優(yōu)選，以期得到能夠反映瀝青實(shí)際路用性能的最佳評(píng)價(jià)指標(biāo).

本文針對(duì)PPA改性瀝青、聚合物改性瀝青以及聚合物復(fù)配PPA改性瀝青等，通過瀝青低溫性能常規(guī)試驗(yàn)、彎曲梁流變?cè)囼?yàn)和蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)等對(duì)其低溫性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析不同低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，并進(jìn)行小梁彎曲破壞試驗(yàn)和SHARP推薦的約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)（TSRST），對(duì)混合料低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，最后對(duì)PPA以及聚合物改性瀝青的低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了適用性分析.

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

采用110%工業(yè)級(jí)多聚磷酸，基質(zhì)瀝青為東明70#道路石油A級(jí)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1和表2.

1.2 多聚磷酸改性瀝青方案

依據(jù)國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)，多聚磷酸改性瀝青中多聚磷酸的摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般都在0.5～2.0%[11].在多聚磷酸改性試驗(yàn)中，多聚磷酸摻量取1%.在多聚磷酸復(fù)配聚合物改性中，SBS摻量定為4.5%，SBR摻量定為2.5%.考慮到聚合物的加入對(duì)基質(zhì)瀝青的高低溫性都能有較好的改善，所以在復(fù)配改性中，多聚磷酸的摻量降低為0.75%.最終確定6種方案：基質(zhì)瀝青、基質(zhì)瀝青+1.0%PPA、基質(zhì)瀝青+4.5%SBS、基質(zhì)瀝青+3%SBS+0.75% PPA、基質(zhì)瀝青+2.5%SBR、基質(zhì)瀝青+2.5%SBR+0.75% PPA.

1.3 多聚磷酸改性瀝青制備工藝

不同改性瀝青制備工藝如表3所示.

1.4 試驗(yàn)方案

本文針對(duì)6種瀝青膠結(jié)料進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)[12]和Superpave試驗(yàn)[13]，對(duì)所得到的低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析.并進(jìn)行混合料的小梁彎曲破壞試驗(yàn)和約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)（TSRST），對(duì)混合料的低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證.

2 低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

2.1 延度試驗(yàn)

5 ℃延度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.

由圖1可知，聚合物改性瀝青5 ℃延度比基質(zhì)瀝青大得多，而PPA改性瀝青的延度值較基質(zhì)瀝青有所減小.聚合物復(fù)配PPA改性瀝青的延度值要明顯小于聚合物單一改性瀝青.由此可知，PPA對(duì)瀝青的塑性變形能力是有一定負(fù)面影響.

PPA與基質(zhì)瀝青發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，改變了基質(zhì)瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使得瀝青基質(zhì)增多，粘稠程度增大，導(dǎo)致其低溫狀態(tài)下的塑性變形能力變差.而聚合物改性瀝青的延度值較基質(zhì)瀝青提高了數(shù)倍，其粘度同樣增大很多，但其改性機(jī)理屬于物理改性，不同于PPA的化學(xué)改性，其延度值的增大其實(shí)并不是基質(zhì)瀝青的塑性變形能力增強(qiáng)，而是聚合物自身強(qiáng)大的變形能力在發(fā)揮作用.

延度反映的終究是瀝青材料本身的塑性變形能力，其是否能夠真正表征瀝青實(shí)際的低溫路用性能還沒有定論.因?yàn)閷?shí)際路面低溫狀態(tài)下的裂縫產(chǎn)生原因極其復(fù)雜，且很大程度上是由于瀝青混合料的溫度收縮應(yīng)力造成的.同時(shí)實(shí)際路面遭受的低溫遠(yuǎn)比延度試驗(yàn)采用的溫度要低得多，在更低溫度下，瀝青的塑性變形能力是否能夠用較高溫度下的延度值來表征尚不能確定.國(guó)內(nèi)外對(duì)于延度指標(biāo)的意義也有較大的爭(zhēng)議，許多學(xué)者指出瀝青延度試驗(yàn)與路面瀝青的拉伸狀態(tài)并不相符.因?yàn)檠佣仍囼?yàn)采用的試件尺寸太大，而實(shí)際上瀝青呈薄膜狀態(tài)，應(yīng)該用“微延度”試驗(yàn)更加合理.SHARP發(fā)明的直接拉伸試驗(yàn)（DTT）正是出于此原因，但其變異性較大，且試驗(yàn)儀器昂貴，并不適合大面積推廣.目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為，在尚未有更合理的替代試驗(yàn)時(shí)，延度試驗(yàn)仍具有重要意義.

2.2 Superpave評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

2.2.1 BBR試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1） 原樣瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

本文對(duì)6種瀝青進(jìn)行了-16 ℃和-18 ℃兩個(gè)溫度下的BBR試驗(yàn)，結(jié)果如表4表示.

由表4可知，-16 ℃時(shí)，PPA改性瀝青的勁度模量較基質(zhì)瀝青有所減小，聚合物復(fù)配PPA改性瀝青勁度模量較聚合物單一改性瀝青也有所減小，且摻加PPA的瀝青m值均比同組瀝青有不同程度增大（基質(zhì)瀝青和PPA改性瀝青相同），這表明PPA對(duì)于瀝青的低溫性能是有改善作用的.-18 ℃時(shí)，6種瀝青勁度模量變化規(guī)律與-16 ℃相同，但是m值的變化只有SBR類改性瀝青同-16 ℃相同，其他兩組則相反，這表明溫度的降低對(duì)m值的影響較大.

以勁度模量指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，基質(zhì)瀝青和PPA改性瀝青相比，-16 ℃時(shí)PPA改性瀝青的勁度模量相對(duì)基質(zhì)瀝青減小了28.3%，而-18 ℃時(shí)只減小了4%，其他兩組瀝青也都發(fā)現(xiàn)此規(guī)律.雖然只有2 ℃的溫差，但可以推斷出：隨著溫度的降低，PPA對(duì)瀝青低溫性能的改善效果是逐漸削弱的.

進(jìn)一步研究PPA對(duì)瀝青低溫勁度模量的影響，進(jìn)行了RTFOT前后-18 ℃時(shí)BBR試驗(yàn)，改變PPA的摻量，由0.25%遞增至1%.結(jié)果如圖2所示.

可以看出，老化前瀝青勁度模量隨著PPA摻量增加逐漸減小，在0.75%時(shí)達(dá)到最小值，然后又有所回升，總體上表現(xiàn)出減小的趨勢(shì).RTFOT后瀝青勁度模量較老化前明顯增大，隨著PPA摻量增大，勁度模量總體表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，在0.5%時(shí)達(dá)到峰值.試驗(yàn)結(jié)果表明，老化前PPA是有助于改善瀝青的低溫性能的，但是老化后卻對(duì)低溫性能有負(fù)面影響，且老化前后勁度模量都有一個(gè)峰值.

2）RTFOT，PAV后瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步研究PPA對(duì)瀝青低溫勁度模量的影響，對(duì)RTFOT和PAV后6種瀝青膠結(jié)料進(jìn)行了-18℃下BBR試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知，6種瀝青的勁度模量隨著老化程度的增加而逐漸增大，且PAV后的勁度模量較RTFOT后有大幅度增大.原樣瀝青中，PPA改性瀝

青勁度模量小于基質(zhì)瀝青，SBS（SBR）復(fù)配PPA改性瀝青勁度模量小于SBS（SBR）單一改性瀝青，但RTFOT和PAV后卻完全相反，說明老化對(duì)PPA的低溫改性作用影響很大.

對(duì)6種瀝青膠結(jié)料進(jìn)行完整的SHARP PG分級(jí)，如表5所示.由表5可知，基質(zhì)瀝青、PPA改性瀝青和SBS類改性瀝青低溫等級(jí)都為-22 ℃，SBR類改性瀝青低溫等級(jí)為-28 ℃，表明SBR對(duì)瀝青的低溫性能有良好的改善作用，但其對(duì)瀝青的高溫性能的改善不如PPA和SBS.在高溫方面，PPA的改善作用優(yōu)于SBR而不如SBS.從PG溫度范圍來看，基質(zhì)瀝青的溫度范圍最小，PPA改性瀝青和SBR類改性瀝青的溫度范圍相同，SBS類改性瀝青的溫度范圍最大.

2.2.2 蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)研究

蠕變勁度模量和m值是Superpave推薦的兩個(gè)低溫流變性能指標(biāo).勁度模量是最重要的指標(biāo)，而m值相對(duì)來說是次要指標(biāo).但是這兩個(gè)指標(biāo)需要綜合考慮，才能較全面地反映瀝青的低溫流變性能.

山東大學(xué)劉樹堂教授通過理論推導(dǎo)，提出了蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)這一綜合指標(biāo)[14].

蠕變?nèi)崃靠梢员碚骱奢d作用下，瀝青的低溫變形能力，柔量值越大，變形能力越強(qiáng).高溫狀態(tài)下瀝青需要小的變形，而低溫狀態(tài)下卻需要大的變形能力才能抵抗開裂.J′（t）表征的是瀝青蠕變?nèi)崃康淖冃嗡俾剩渲翟酱?，則瀝青低溫狀態(tài)下蠕變?nèi)崃康捻憫?yīng)越靈敏，低溫性能越好.由式（1）可知，蠕變?nèi)崃康膶?dǎo)數(shù)J′（t）綜合了勁度模量和m值兩個(gè)流變參數(shù)，m值越大，勁度模量S越小，則J′（t）越大，這正是BBR試驗(yàn)所希望得到的結(jié)果.由此可見，蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)是一項(xiàng)表征瀝青低溫流變性能的綜合指標(biāo).6種瀝青的蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)如圖4所示.

由圖4可以看出：-16 ℃時(shí)，PPA的加入增大了對(duì)照組瀝青的柔量導(dǎo)數(shù)；-18 ℃時(shí)，PPA改性瀝青和SBS復(fù)配PPA改性瀝青的柔量導(dǎo)數(shù)基本不變，而SBR復(fù)配PPA改性瀝青柔量導(dǎo)數(shù)有所增大.

3 瀝青混合料低溫性能驗(yàn)證

3.1 低溫小梁彎曲試驗(yàn)

3.1.1 常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

試驗(yàn)采用電液伺服萬能材料機(jī)MTS，采用單點(diǎn)跨中加載模式，加載速率為50 mm/min.試驗(yàn)溫度為-10 ℃.試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示.

將BBR試驗(yàn)得到的瀝青勁度模量與小梁彎曲試驗(yàn)得到的混合料勁度模量建立關(guān)系，如圖7和圖8所示.

由圖7和圖8可知，-16 ℃和-18 ℃時(shí)勁度模量相關(guān)系數(shù)R2為-0.064和0.139，表明瀝青與瀝青混合料勁度模量之間沒有相關(guān)性.這與膠結(jié)料和混合料試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度有關(guān).

由圖5，圖6可知，PPA改性瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度小于基質(zhì)，而破壞應(yīng)變大于基質(zhì)，表明PPA減小了基質(zhì)瀝青混合料的開裂強(qiáng)度，而增強(qiáng)了低溫流動(dòng)變形能力.SBS（SBR）復(fù)配PPA改性瀝青混合料的彎曲強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均大于SBS（SBR）單一改性，表明PPA增強(qiáng)了聚合物改性瀝青混合料的開裂強(qiáng)度和低溫變形能力.

我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG-2004）要求采用破壞應(yīng)變指標(biāo)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能.實(shí)際上只是考慮了瀝青混合料低溫變形能力，并不能全面反映低溫抗裂性能.勁度模量是應(yīng)力與應(yīng)變的比值，是一項(xiàng)綜合指標(biāo).國(guó)內(nèi)外許多研究都集中在瀝青混合料勁度模量上，認(rèn)為在低溫條件下，混合料需要較小的勁度模量，這樣在發(fā)生變形時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力相對(duì)較小，混合料的低溫抗裂性能較好.但是當(dāng)混合料本身的強(qiáng)度很高的時(shí)候，即使應(yīng)力值較大，也不會(huì)開裂.勁度模量在評(píng)價(jià)瀝青混合料時(shí)有一定的局限性，例如：A瀝青混合料的強(qiáng)度和破壞應(yīng)變都要大于B，低溫抗裂性能優(yōu)于B.但是兩者的比值，即勁度模量卻并不一定小于B.所以勁度模量也不能全面反映瀝青混合料的低溫抗裂性能.

3.1.2 應(yīng)變能密度研究

低溫狀態(tài)下，瀝青混合料可以視為彈性材料，其開裂過程是一個(gè)能力耗散的過程.瀝青混合料內(nèi)部?jī)?chǔ)存的彈性應(yīng)變能越多，則其低溫抗裂性能越好.根據(jù)材料損傷準(zhǔn)則，材料損傷過程包括裂縫的引發(fā)、亞臨界狀態(tài)增大和最終破壞3個(gè)階段.這3個(gè)階段在宏觀上均可觀察到.假定材料破壞形式與單位體積內(nèi)的能量狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，那么材料損傷就可以用應(yīng)變能密度dW/dV來表示[15].應(yīng)變能密度表達(dá)公式如式（2）所示.

應(yīng)變能密度計(jì)算結(jié)果如圖9所示.

由圖9可知，PPA改性瀝青混合料應(yīng)變能密度大于基質(zhì)瀝青；SBS復(fù)配PPA改性瀝青混合料大于SBS單一改性瀝青；SBR復(fù)配PPA改性瀝青混合料大于SBR單一改性.由此可知，PPA可以改善瀝青混合料的低溫抗裂能力.SBR的低溫改性效果優(yōu)于SBS，尤其是SBR復(fù)配PPA改性效果最佳.

3.2 約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)

3.2.1 TSRST試驗(yàn)結(jié)果與分析

用10 ℃/h的降溫速率，試驗(yàn)記錄的是溫度與拉伸荷載的數(shù)據(jù)，荷載和試件截面面積的比值即為應(yīng)力[16-17].圖10為5種瀝青混合料的溫度應(yīng)力曲線變化圖.表6為凍斷溫度、凍斷強(qiáng)度、轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度和斜率4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo).

由表6可知，PPA改性瀝青混合料的凍斷溫度比其他4種改性瀝青混合料高10 ℃左右，并從圖10可知，PPA改性瀝青混合料的溫度應(yīng)力曲線位于最上方，且應(yīng)力的增長(zhǎng)速率很大.這表明，與SBS，SBR類改性劑相比，PPA對(duì)瀝青混合料的低溫性能改善不明顯.SBS復(fù)配PPA改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的凍斷溫度只相差0.2 ℃，SBR復(fù)配PPA改性瀝青混合料的凍斷溫度比SBR改性瀝青混合料高2.5 ℃，屬于試驗(yàn)誤差范圍之內(nèi)，因此可以說明SBS（SBR）復(fù)配PPA改性瀝青混合料與SBS（SBR）改性瀝青混合料的低溫性能處于同一水平.

國(guó)內(nèi)對(duì)于SBS改性瀝青具有優(yōu)良的低溫性能的觀點(diǎn)基本上都是建立在傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)——延度之上所作出的判斷，本文在5 ℃延度試驗(yàn)中，基質(zhì)瀝青為6.3 cm，而SBS改性瀝青延度值高達(dá)42.3 cm，較基質(zhì)瀝青增大了近7倍.但是延度試驗(yàn)與實(shí)際路面的相關(guān)性較差，在試驗(yàn)方法上存在較大缺陷.因此，對(duì)于SBS改性瀝青低溫性能優(yōu)劣需要重新審視.本文中SBR改性瀝青的低溫性能很好，和工程人員的認(rèn)識(shí)相符.此外，SBS改性瀝青的性能受SBS改性劑類型及改性設(shè)備的影響很大.行業(yè)內(nèi)達(dá)成的共識(shí)是星型改性劑要優(yōu)于線型，且SBS改性設(shè)備的剪切研磨能力直接影響到SBS顆粒在瀝青中的共溶狀態(tài)，因此本文試驗(yàn)的結(jié)果有可能受到上述原因的影響.

SBS（SBR）復(fù)配PPA改性瀝青混合料的凍斷強(qiáng)度均比SBS（SBR）改性瀝青混合料有較大幅度提高，尤其是SBR復(fù)配PPA改性瀝青混合料的凍斷強(qiáng)度的增大幅度最為明顯.轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度的結(jié)果與凍斷溫度相同，反映出瀝青混合料的低溫松弛能力，轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度說明PPA對(duì)瀝青混合料的應(yīng)力松弛能力有負(fù)面影響.綜合分析可知：PPA降低了瀝青混合料的應(yīng)力松弛能力，而增大了瀝青的抗裂強(qiáng)度，但由于應(yīng)力松弛的速率不及溫度急劇降低導(dǎo)致的應(yīng)力累積速率，因此導(dǎo)致PPA改性瀝青混合料的過早開裂.

3.2.2 膠結(jié)料指標(biāo)與混合料指標(biāo)相關(guān)性研究

進(jìn)一步研究低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)性，在膠結(jié)料指標(biāo)選擇延度、-18 ℃勁度模量和柔量導(dǎo)數(shù)3個(gè)代表性指標(biāo)，混合料指標(biāo)選取小梁彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變和應(yīng)變能密度兩個(gè)指標(biāo)，以TSRST試驗(yàn)凍斷強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)性分析.圖11是各指標(biāo)與凍斷溫度的相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)如表6所示.

由表6可知，膠結(jié)料勁度模量與凍斷強(qiáng)度的相關(guān)性為0.552 6，說明兩者之間有一定相關(guān)性，但相關(guān)性并不強(qiáng).小梁彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變和應(yīng)變能密度與凍斷強(qiáng)度相關(guān)性分別為0.641 7和0.877 3，相關(guān)性較高，6種瀝青混合料按照這3個(gè)指標(biāo)的性能排序也比較一致，由此可知，小梁彎曲試驗(yàn)更側(cè)重于測(cè)定瀝青混合料的抗裂強(qiáng)度，而忽視了瀝青混合料的低溫應(yīng)力松弛能力.

4 低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)適用性分析

5種改性瀝青低溫性能綜合對(duì)比排序見表7.

由表7可以看出，按照不同的低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)，5種瀝青低溫性能的排序有很大不同.以TSRST試驗(yàn)凍斷強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，分析各低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的適用性：

1）傳統(tǒng)的延度指標(biāo)能夠在一定程度上反映瀝青膠結(jié)料的低溫性能，但不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的實(shí)際路用性能，在尚無合適的替代試驗(yàn)出現(xiàn)的情況下，延度指標(biāo)可以作為瀝青膠結(jié)料低溫性能的參考指標(biāo).

2）BBR試驗(yàn)得到的勁度模量和蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)指標(biāo)與凍斷溫度之間沒有相關(guān)性，因此BBR試驗(yàn)并不能反映瀝青膠結(jié)料的實(shí)際低溫性能.BBR試驗(yàn)采用固定低溫下的經(jīng)典梁理論來評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的低溫流動(dòng)變形能力，與瀝青路面實(shí)際低溫收縮狀態(tài)并不符合.

3）小梁彎曲試驗(yàn)得到的破壞應(yīng)變和應(yīng)變能密度指標(biāo)與凍斷強(qiáng)度之間的相關(guān)性較高.彎曲試驗(yàn)是在-10 ℃固定溫度下進(jìn)行的，無法模擬瀝青路面的溫度收縮應(yīng)力的產(chǎn)生，但在一定程度上可以表征瀝青混合料的低溫抗裂性能，本文認(rèn)為彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)方法非常重要：?。?10 ℃對(duì)于路面實(shí)際溫度來說偏高，建議應(yīng)增加-10 ℃以下試驗(yàn)；ⅱ）小梁試驗(yàn)加載速率5 cm/min過快，導(dǎo)致小梁底部拉應(yīng)力急劇增大，瀝青混合料來不及松弛就已斷裂，而實(shí)際路面中的溫度應(yīng)力增長(zhǎng)是比較緩慢的，瀝青混合料有比較充足的時(shí)間來將應(yīng)力耗散.梁底拉應(yīng)力的逐漸增長(zhǎng)可以在一定程度上模擬路面降溫引起的溫度應(yīng)力，但如果拉應(yīng)力的增長(zhǎng)速率過于急劇，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)定的是小梁的抗裂強(qiáng)度，而忽視瀝青混合料的應(yīng)力松弛能力.建議盡可能降低試驗(yàn)的加載速率.

4）凍斷溫度與凍斷強(qiáng)度對(duì)于評(píng)價(jià)不同改性瀝青混合料低溫抗裂性能相對(duì)直觀適用.

5 結(jié) 論

對(duì)6種瀝青的常規(guī)低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)與Superpave低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，并通過小梁彎曲試驗(yàn)和凍斷試驗(yàn)對(duì)PPA改性瀝青混合料進(jìn)行了低溫性能驗(yàn)證，得出了以下結(jié)論：

1）PPA摻入減小了瀝青的延度及勁度模量，表明其低溫拉伸性能變差，且隨著PPA摻量的增加，勁度模量表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但RFTOF和PAV后，勁度模量卻表現(xiàn)出增大趨勢(shì).老化對(duì)PPA改性瀝青低溫性能的影響顯著.

2）BBR試驗(yàn)采用固定低溫下的經(jīng)典梁理論來評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的低溫流動(dòng)變形能力，與瀝青路面實(shí)際低溫收縮狀態(tài)并不符合，其得到的勁度模量和蠕變?nèi)崃繉?dǎo)數(shù)不能合理評(píng)價(jià)多聚磷酸改性瀝青的低溫性能.

3）低溫彎曲試驗(yàn)無法模擬瀝青路面的溫度收縮應(yīng)力的產(chǎn)生，但其在一定程度上表征了瀝青混合料的低溫抗裂性能，得到的破壞應(yīng)變與應(yīng)變能密度表明PPA可以改善瀝青混合料低溫抗裂能力，且其與凍斷強(qiáng)度之間的相關(guān)性較好.

4）凍斷強(qiáng)度和凍斷溫度可以較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)PPA改性瀝青混合料的低溫性能.PPA降低了瀝青混合料的應(yīng)力松弛能力，增大了瀝青的抗裂強(qiáng)度，但由于應(yīng)力松弛的速率不及溫度急劇降低導(dǎo)致的應(yīng)力累積速率致使PPA改性瀝青混合料過早開裂.SBS（SBR）復(fù)配PPA改性瀝青混合料的凍斷強(qiáng)度相比SBS（SBR）單一改性瀝青有明顯提升，因此采用PPA復(fù)配聚合物對(duì)瀝青進(jìn)行改性的方法是可行的.

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