SMC常溫改性瀝青的改性機(jī)理及高低溫性能研究*

朱 齊，李秋實(shí)，姚茂連,孫 宇

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引 言

交通運(yùn)輸業(yè)的日漸繁榮帶動(dòng)了瀝青道路建設(shè)的大力發(fā)展，然而傳統(tǒng)熱拌瀝青的大量使用，其帶來的問題也日漸凸顯，主要表現(xiàn)在：能耗大，資源浪費(fèi)和環(huán)境污染嚴(yán)重，拌和溫度過高導(dǎo)致瀝青老化嚴(yán)重[1-2]。為了響應(yīng)國家綠色環(huán)保，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的號(hào)召，許多道路瀝青材料研究者都致力于探索發(fā)現(xiàn)新的溫拌和冷拌瀝青材料以克服傳統(tǒng)熱拌瀝青高能耗，高污染的缺點(diǎn)。但如今市場上的溫拌瀝青質(zhì)量良莠不齊如Sasobit溫拌瀝青可大大提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能,但是其低溫抗裂性與水穩(wěn)定性略有下降[3-5]；而目前較為成熟的冷拌瀝青混合料由于水介質(zhì)材料的技術(shù)限制導(dǎo)致不能大規(guī)模使用且使用后路用性能不良[6]。因而，推進(jìn)瀝青道路常溫化，低溫化攤鋪具有重要意義。

SMC常溫改性劑(主要成分為甲基苯乙烯嵌段共聚物，styreneic methyl copolymers)瀝青作為近幾年剛出現(xiàn)常溫瀝青材料，具有施工溫度低，存儲(chǔ)時(shí)間長，價(jià)格低廉，節(jié)能減排的優(yōu)勢[7],環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益較常規(guī)熱拌瀝青都有所提高[8]。因而在實(shí)際工程中得到了很好的應(yīng)用[9-10]?，F(xiàn)如今對(duì)于SMC常溫改性瀝青的研究主要在宏觀方面如瀝青混合料基本路用性能和強(qiáng)度形成[11]等；另一方面是從再生角度出發(fā)表明SMC改性劑可以提高RAP舊料的利用率[12-13]；本文主要通過對(duì)SMC常溫改性劑的合成路線圖及傅里葉紅外光譜從微觀角度解釋其改性機(jī)理及其相關(guān)物理特性；利用相關(guān)流變知識(shí)探究不同摻量改性劑對(duì)瀝青的高低溫流變特性的影響，如利用溫度掃描確定PG分級(jí)，采用頻率掃描試驗(yàn)和時(shí)溫等效原理確定其主曲線和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度等；此外，本文建立了以蠕變勁度模量S，蠕變速率mc和基于Burgers模型建立的低溫綜合柔量JC，玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg為基礎(chǔ)的低溫評(píng)價(jià)體系并結(jié)合小梁彎曲試驗(yàn)優(yōu)選出SMC常溫改性瀝青的最佳低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)，希望能夠?yàn)榇祟惓馗男詾r青的低溫評(píng)價(jià)提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 SMC改性劑

SMC改性劑是一種褐色粘稠狀液體主要成分為廢舊塑料，輪胎煉制飽和直鏈烷烴有機(jī)物約占80%，其他輔助材料約占20%[14]。

1.1.2 瀝青材料

本文選用90#基質(zhì)瀝青，其基本性能指標(biāo)如表1所示。

表1 90#基質(zhì)瀝青的基本性能指標(biāo)Table 1 Basic performance indexes of 90# matrix asphalt

1.2 實(shí) 驗(yàn)

1.2.1 SMC常溫改性瀝青的制備

SMC常溫改性瀝青的制備十分簡單方便，只需將一定摻量SMC改性劑加入熔化好的基質(zhì)瀝青中，然后在90～110 ℃溫度下攪拌1～1.5 h,直到改性劑與瀝青完全相容后即制備完成。為防止有機(jī)改性劑揮發(fā)，最好將制備好的瀝青密封保存。再次取用時(shí)需對(duì)改性瀝青進(jìn)行充分?jǐn)嚢?攪拌溫度仍為90～110 ℃)，以減少試驗(yàn)時(shí)的不必要的誤差。

1.2.2 動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)(DSR)

(1)溫度掃描試驗(yàn)

溫度掃描試驗(yàn)即在相同振幅、頻率的條件下，對(duì)不同摻量SMC改性瀝青在不同溫度下進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，以獲取黏彈性力學(xué)指標(biāo)對(duì)試驗(yàn)溫度的敏感性，同時(shí)可以通過此試驗(yàn)測得的相關(guān)參數(shù)來評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能?？煞譃閼?yīng)力控制模式和應(yīng)變控制模式。本文采用應(yīng)變控制模式，溫度掃描范圍為30°～70 ℃，加載應(yīng)變?yōu)?2%，加載頻率為10 rad/s。

(2)頻率掃描試驗(yàn)

控制應(yīng)變?yōu)?%，測試頻率范圍為0.1～100 rad/s,此試驗(yàn)主要是為了利用時(shí)溫等效原理畫出主曲線并由方程擬合出玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg。

1.2.3 彎曲梁流變儀(BBR)試驗(yàn)

彎曲梁流變儀(BBR)試驗(yàn)是由美國SHRP計(jì)劃提出并用于評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能，評(píng)價(jià)控制指標(biāo)主要為60 s的蠕變勁度模量S和60 s的蠕變速率mc，規(guī)范要求S(60 s)<300 MPa,mc(60 s)>0.3本文選擇的試驗(yàn)溫度為-24，-18 ℃。

2 結(jié)果分析

2.1 SMC微觀組成及改性機(jī)理

由SMC常溫改性劑合成路線圖(圖1)可知：(1)SMC常溫改性劑是一種高分子甲基苯乙烯類嵌段物，主要成分為飽和直鏈烷烴和烯烴物質(zhì)以及少量酰胺類物質(zhì)，這些化學(xué)成分在都有一定的揮發(fā)性，因而在配制瀝青時(shí)要控制好加熱溫度(<130 ℃)，儲(chǔ)存和施工時(shí)要考慮到SMC常溫瀝青的揮發(fā)特性;(2)SMC分子中含有一種強(qiáng)極性親水性，疏油基團(tuán)酰胺基官能團(tuán)(—CONR)和非極性親油疏水基團(tuán)苯基(—C6H4—)和親油性的(—C3H5—)n烴鏈，可以推斷SMC可以作為一種類似于表面活性劑的常溫改性劑，通過降低瀝青分子的表面張力，從而降低瀝青的加熱和拌和溫度；同時(shí)，作為以中類表面活性劑其還可以增加SMC改性劑與瀝青的相容性而不容易發(fā)生離析現(xiàn)象，因而制好的SMC常溫改性瀝青在密封儲(chǔ)存下有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性;同時(shí)考慮到表面張力與粘附性的關(guān)系[15-16]，可以推斷SMC改性劑的加入會(huì)降低瀝青與集料的粘附性。

圖1 SMC常溫改性劑合成路線圖Fig 1 Synthesis of SMC at room temperature modifier

結(jié)合合成路線圖和紅外光譜圖(圖2)可知：SMC改性劑與瀝青的混溶是一種物理改性而非生成新物質(zhì)的化學(xué)改性其基本證據(jù)如下：8%SMC+90#瀝青與90#瀝青的紅外光譜相比，不同的是在3 424 cm-1處出現(xiàn)N—H彎曲振動(dòng)峰(由于SMC常溫改性劑含有酰胺基(—CONR))，其余特征峰的位置和形狀(如2 924,1 648，1 457，1 376 cm-1處分別出現(xiàn)的—CH2,C=C,—CH3的振動(dòng)峰)基本相同且沒有新的特征峰生成，這說明表明制得的常溫改性瀝青的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

圖2 紅外光譜圖Fig 2 IR spectra

2.2 溫度掃描試驗(yàn)結(jié)果分析

本文采用外摻的方式制備常溫改性瀝青，摻量分別為6%，8%，10%,12%,而后對(duì)不同摻量的SMC改性瀝青進(jìn)行溫度掃描實(shí)驗(yàn)。溫度掃描的結(jié)果主要包含復(fù)合剪切模量(G*),相位角(δ)，車轍因子(G*/sinδ),G*反映了瀝青材料在受到剪切變形時(shí)復(fù)合阻力的大小，是表征瀝青材料高溫性能的重要參數(shù)之一，相同溫度下，G*越大，瀝青的高溫性能越好；δ是用來表征瀝青材料的黏彈特性的關(guān)鍵參數(shù)，越小表示瀝青材料發(fā)生變形時(shí)可恢復(fù)的彈性變形比例較大，即抗高溫車轍能力越好；G*/sinδ是由美國SHRP計(jì)劃提出用于評(píng)價(jià)和控制瀝青的高溫抗車轍性能的重要指標(biāo)，同時(shí)瀝青的高溫PG分級(jí)也可以由此指標(biāo)來確定。

如圖3所示為不同摻量SMC常溫改性劑的相位角(δ)-溫度(T)。由圖像可知：(1)無論是90#基質(zhì)瀝青還是添加不同摻量的SMC改性劑之后的常溫改性瀝青,相位角δ都隨溫度的升高而逐漸增大，這表明隨著溫度的升高90#基質(zhì)瀝青和SMC常溫改性瀝青的黏彈比例都在發(fā)生變化：彈性占比減小，黏性占比增大，瀝青的高溫穩(wěn)定性在下降；(2)SMC改性劑的加入使得基質(zhì)瀝青的相位角在增大，且當(dāng)摻量為8%～12%時(shí)相位角隨摻量的增加而增大這說明SMC改性劑的加入使得基質(zhì)瀝青的高溫性能下降了,掃描溫度達(dá)到70度左右時(shí)，10%和12%摻量的改性瀝青的相位角已經(jīng)達(dá)到了約90°，這表明此時(shí)的瀝青由黏彈狀態(tài)完全轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鳡顟B(tài)，完全不具備變形恢復(fù)能力。圖4為復(fù)合剪切模量(G*)-溫度(T),可知:SMC改性劑的加入使得瀝青中輕質(zhì)組分飽和分和芳香分含量相對(duì)增加，膠質(zhì)含量含量相對(duì)減小從而使基質(zhì)瀝青的復(fù)合剪切模量G*降低，高溫性能下降；但G*(90#基質(zhì))>G*(8%SMC)>G*(6%SMC)>G*(10%SMC)>G*(12%SMC),所以從G*的角度來衡量高溫抗車轍性能的優(yōu)良，SMC改性劑的加入會(huì)使基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力下降但是摻量為8%的SMC常溫改性瀝青的復(fù)合剪切模量G*都高于其他摻量的改性瀝青，說明8%摻量的SMC常溫改性瀝青高溫性能要優(yōu)于其他摻量的改性瀝青，適宜作為最佳摻量。

圖3 相位角和溫度的關(guān)系曲線Fig 3 The relationship between phase angle and temperature

圖4 復(fù)合剪切模量和溫度的關(guān)系曲線Fig 4 The relationship between composite shear modulus and temperature

如圖5所示，以SHRP規(guī)范中對(duì)于瀝青高溫PG分級(jí)中的規(guī)定以G*/sinδ>1.0 kPa為依據(jù)可以得出不同SMC改性劑摻量的常溫改性瀝青的高溫PG分級(jí)溫度如表2所示。

圖5 車轍因子和溫度的關(guān)系曲線Fig 5 Relation curve between rutting factor and temperature

表2可知:(1)與基質(zhì)瀝青相比，SMC改性劑的摻入會(huì)降低基質(zhì)瀝青的高溫PG分級(jí)溫度，這表明SMC改性劑的加入會(huì)對(duì)基質(zhì)瀝青的高溫性能產(chǎn)生不良影響，且當(dāng)摻量為8%～12%時(shí)，隨著SMC改性劑摻量增加對(duì)瀝青的高溫性能產(chǎn)生的負(fù)面效果越來越顯著；(2)當(dāng)SMC改性劑摻量為6%和8%時(shí)，其高溫PG分級(jí)和基質(zhì)瀝青的高溫PG分級(jí)屬于同一等級(jí)；當(dāng)摻量為10%和12%時(shí)，改性瀝青的高溫PG分級(jí)較基質(zhì)瀝青以及摻量為6%和8%的改性瀝青的高溫PG分級(jí)下降了一個(gè)等級(jí)。總體來說，SMC常溫改性瀝青高溫PG分級(jí)溫度隨著SMC摻量的增加而下降，其中摻量為8%的SMC常溫改性瀝青的高溫PG分級(jí)溫度最高為62 ℃。

2.3 低溫性能研究

2.3.1 蠕變勁度模量S,蠕變速率mc

本文通過彎曲梁流變儀(BBR)試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能。如圖6,7所示為BBR試驗(yàn)-18 ℃，-24 ℃下不同摻量的SMC改性瀝青60 s的蠕變勁度模量S和蠕變速率mc。一般認(rèn)為BBR試驗(yàn)所得出的蠕變勁度模量S<300 MPa且S值越小，蠕變速率mc>0.3且越大越能表明瀝青的低溫抗裂性能越好。

圖6，7可得:-18 ℃時(shí)，當(dāng)SMC改性劑摻量為6%～10%(當(dāng)SMC摻量為12%時(shí)，更是由于瀝青小梁低溫柔性過大而無法通過實(shí)驗(yàn)測得相關(guān)指標(biāo))，瀝青的蠕變勁度模量S都在50～200 MPa范圍內(nèi)，都滿足規(guī)范規(guī)定的小于300 MPa的要求且與基質(zhì)瀝青相比S值分別下降了53%，75%，85%；-24 ℃時(shí)，當(dāng)SMC改性劑摻量為6%時(shí)，改性瀝青的蠕變勁度模量S=550.877>300 MPa此時(shí)其低溫抗裂性能已不滿足要求；而當(dāng)SMC改性劑摻量為8%～12%時(shí)，勁度模量S都在70～300 MPa范圍內(nèi)，也滿足規(guī)范要求且與基質(zhì)瀝青相比S值分別下降了51%，75%，84%，93%；在-18和-24 ℃溫度條件下，蠕變速率mc隨著SMC改性劑摻量的增加而增加。綜上可以說明SMC改性劑的加入提高了瀝青的低溫柔性和低溫松弛能力，改善了瀝青的抗低溫能力且隨著SMC改性劑摻量的增加瀝青的低溫性能的改善效果越明顯；(2)當(dāng)試驗(yàn)溫度為-18 ℃當(dāng)SMC改性劑摻量為12%時(shí)，由于瀝青小梁低溫柔性過大而無法通過實(shí)驗(yàn)測得相關(guān)指標(biāo)，當(dāng)溫度降低到-24 ℃，才能通過實(shí)驗(yàn)測得摻量為12%的SMC常溫改性瀝青S和mc，表明SMC改性劑的摻量增加到12%時(shí)，瀝青能夠滿足更低溫度條件下的低溫抗裂能力的要求。

圖6 不同摻量SMC常溫改性瀝青蠕變勁度模量S曲線Fig 6 S curves of creep stiffness modulus of SMC modified asphalt with different dosage

圖7 不同摻量SMC常溫改性瀝青的蠕變速率mc曲線Fig 7 Creep rate curves (mc) of SMC modified asphalt with different dosage

2.3.2 低溫綜合柔量JC的建立及分析

在研究多種瀝青低溫性能時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)S值和mc值存在不匹配的情況，即采用單一的S或mc作為評(píng)價(jià)瀝青低溫性能的指標(biāo)時(shí)太過片面，具有一定的局限性[17]，因而很多研究者提出了很多更加綜合的低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)。在研究瀝青低溫黏彈性時(shí)，李曉琳[18]發(fā)現(xiàn)采用低溫綜合柔量JC綜合考慮了瀝青的低溫變形能力和應(yīng)力松弛能力能夠，更加綜合精確全面評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能，徐加秋[19]，李波[20]等通過研究瀝青的低溫綜合柔量JC與瀝青混合料的低溫性能的關(guān)聯(lián)性較高，本文也將采用該評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)一步評(píng)價(jià)SMC常溫改性瀝青低溫性能的優(yōu)劣,其建立是利用Burgers模型中的黏彈參數(shù)E1，E2，η1，η2，建立過程如下:Burgers模型是由Maxwell模型和Kelvin模型串聯(lián)而成，其蠕變方程可表示為

(1)

式中：ε(t)為t時(shí)刻的應(yīng)變；σ為材料所受應(yīng)力；E1，η1分別代表瀝青的瞬時(shí)彈性模量和流動(dòng)黏彈參數(shù)；E2，η2分別代表瀝青延遲彈性模量和延遲黏性參數(shù)。

在BBR試驗(yàn)中小梁所受應(yīng)力σ為定值，通過變形可得Burgers模型的蠕變?nèi)崃?JC)-時(shí)間(t)的關(guān)系式如式(4)所示，JC的定義由式(3)所示

(2)

(3)

將不同摻量的SMC常溫改性瀝青的BBR試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過orgin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合可得到E1，E2，η1，η24個(gè)參數(shù)值如表3所示，由式(3)計(jì)算所得JC如圖8，9所示。

表3 不同摻量SMC常溫改性瀝青的黏彈參數(shù)值Table 3 Viscoelastic parameter values of SMC modified asphalt with different mixing amounts

圖8 不同摻量SMC常溫改性瀝青的JC值Fig 8 JC of SMC modified asphalt with different dosage

圖9 不同摻量SMC常溫改性瀝青的JC值Fig 9 JC of SMC modified asphalt with different dosage

由圖8,9可知，溫度降低，不同摻量的SMC常溫改性瀝青的低溫綜合柔量JC會(huì)增大，但隨著改性劑摻量的增加不同溫度下的低溫綜合柔量的差值會(huì)逐漸減??；同一溫度下，隨著SMC改性劑摻量的增加，SMC常溫改性瀝青的低溫綜合柔量JC呈下降趨勢，說明SMC的加入改善了瀝青的低溫抗裂性能，與前文S,mc指標(biāo)所得出的結(jié)論一致。但指標(biāo)JC的建立與E1，E2，η1，η2密切相關(guān)，綜合考慮SMC常溫改性瀝青的低溫變形能力和應(yīng)力松弛能力，用于評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能的合理性和精確度更高。

2.4 頻率掃描結(jié)果及分析

瀝青是一種典型的黏彈性材料，為了了解更寬頻率(溫度)范圍內(nèi)瀝青表現(xiàn)出黏彈特性，使試驗(yàn)結(jié)果更能體現(xiàn)實(shí)際工程參數(shù)(如荷載作用等)，常利用時(shí)間溫度等效原理,通過WLF方程(式(4))計(jì)算移位因子lgaT將不同溫度下黏彈參數(shù)與頻率的關(guān)系曲線通過水平平移至基準(zhǔn)溫度得到主曲線。

(4)

C1,C2為材料參數(shù)，一般情況下其值會(huì)隨材料的變化而變化，因而由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。T0為選定的基準(zhǔn)溫度，T為需要平移的溫度；需要注意的是基準(zhǔn)溫度T0為玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg時(shí),WLF方程適用溫度范圍Tg

(5)

使用軟件orgin將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用公式5擬合可得到不同摻量SMC常溫改性瀝青基于40 ℃的移位因子lgaT和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg如表4所示。

表4 50 ℃參考溫度移位因子lgaT和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度TgTable 4 50 ℃ reference temperature shift factor and glass state transition temperature

表4可知：(1)隨著SMC常溫改性劑摻量的增加，各摻量在同一溫度基于40 ℃的移位因子的絕對(duì)值|lgaT|在逐漸減小，可以推斷SMC常溫改性劑的加入有利于改善瀝青的感溫性，且隨著摻量的增加改善效果越顯著；(2)常溫改性劑的摻量增加，瀝青的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度在逐步降低，表明常溫改性劑能降低瀝青由黏彈態(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度節(jié)點(diǎn)，使瀝青低溫條件下有良好的松弛特性，從而提高瀝青的抗低溫能力且低溫性能隨摻量增加顯著提升。主要因?yàn)镾MC改性劑的加入提高了瀝青分子的柔順性，究其原因是因?yàn)镾MC分子是大分子共聚嵌段物，分子量大，分子鏈長且其主鏈(—C3H5—)n由單健組成，柔順性更好；同時(shí)酰胺基中含有的孤立雙鍵(—C=O)能夠提高瀝青分子的柔順性。

利用時(shí)溫等效原理并結(jié)合移位因子以50 ℃為參考維度將不同溫度(40，60，70 ℃)的復(fù)合剪切模量(G*)關(guān)于角頻率(f)的曲線通過水平平移與50 ℃的曲線重合可得不同摻量SMC改性劑的主曲線，如圖10所示。

圖10 不同摻量SMC常溫改性瀝青的主曲線Fig 10 Main curves of SMC modified asphalt with different dosage

主曲線的建立主要是利用時(shí)溫等效原理擴(kuò)大頻率(溫度)作用范圍，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更能符合實(shí)際工程應(yīng)用情況如本文通過主曲線將頻率由0.1～100擴(kuò)大0.01 rad/s1 000 rad/s。分析以50 ℃為參考溫度的復(fù)合模量主曲線可得：(1)低頻區(qū)(高溫)基質(zhì)瀝青的復(fù)合剪切模量大于SMC常溫改性瀝青，且隨改性劑摻量的增加相差越大，說明SMC改性劑的加入劣化了瀝青的高溫抗變形能力，且隨SMC常溫改性劑的摻量增加其劣化效果越明顯；(2)高頻區(qū)(低溫)基質(zhì)瀝青的復(fù)合剪切模量也高于SMC常溫改性瀝青，說明SMC常溫改性劑的加入可以改善瀝青的低溫柔性，提高瀝青的低溫抗裂能力；(3)根據(jù)時(shí)溫等效原理，在高頻(低溫)區(qū)和低頻(高溫)區(qū)，基質(zhì)瀝青的復(fù)合剪切模量都要高于SMC常溫改性瀝青，且隨SMC摻量的增加相差也在逐漸變大，但8%SMC改性瀝青和10%SMC改性瀝青主曲線基本重合，說明8%SMC改性瀝青和10%SMC改性瀝青的高低溫流變特性相似且高低溫性能適中，故推薦8%～10%作為SMC常溫改性瀝青的最佳摻量。

2.5 瀝青低溫指標(biāo)的有效性驗(yàn)證

研究表明瀝青混合料的低溫性能很大程度上取決于瀝青的低溫特性[23]。為了驗(yàn)證不同SMC常溫改性瀝青的低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性，本文使用UTM-100萬能材料試驗(yàn)儀對(duì)不同摻量的SMC常溫改性瀝青混合料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)低溫小梁彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，級(jí)配采用AC-16,油石比為4.6%。試驗(yàn)所得最大彎拉應(yīng)變?chǔ)臖如圖11所示。通過對(duì)最大彎拉應(yīng)變與前文各項(xiàng)低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析如表5所示，優(yōu)選最適用于評(píng)價(jià)SMC常溫改性瀝青低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表5 各低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)與最大彎拉應(yīng)變?chǔ)臖的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between each low temperature evaluation index and the maximum flexural strain εB

圖11 不同摻量SMC常溫改性瀝青的最大彎曲應(yīng)變?chǔ)臖Fig 11 Maximum bending strain of normal temperature modified asphalt with different content of SMC

為了與前文所得低溫指標(biāo)保持一致性，12%SMC常溫改性瀝青混合料的最大彎曲應(yīng)變未測量(因?yàn)镾MC改性劑摻量為12%時(shí),-18 ℃溫度條件下瀝青的勁度模量和蠕變速率無法測得)。由圖11可知，混合料實(shí)驗(yàn)結(jié)果與瀝青膠漿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致：低溫性能都隨SMC改性劑摻量增加而有所提升。

表5可知:(1)-18 ℃溫度下測試的各項(xiàng)低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)均低于-24 ℃溫度下的各項(xiàng)低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)，故建議采用-24 ℃溫度下作為BBR試驗(yàn)測試溫度 ，這樣測出的SMC常溫改性瀝青的低溫指標(biāo)與混合料的低溫抗裂性能關(guān)聯(lián)度更高，更具適用性；(2)在-24 ℃溫度下低溫綜合柔量JC與SMC常溫瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變相關(guān)性最高，因?yàn)镴C綜合考慮了SMC常溫改性瀝青的低溫變形和應(yīng)力松弛能力，而BBR試驗(yàn)所測量的勁度模量S和蠕變速率mc僅從單方面考慮瀝青的低溫變形能力和應(yīng)力松弛能力，綜合性較差。因而評(píng)價(jià)的精確性較低；玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg是高分子聚合物的特征溫度之一，雖一定程度上能反映瀝青在低溫條件下的松弛能力，但對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變理論還不太完善，因而存在一定的局限性；(3)綜合比較將-24 ℃下的低溫綜合柔量JC更適用于評(píng)價(jià)SMC常溫改性瀝青的抗低溫變形能力。

3 結(jié) 論

(1)SMC常溫改性劑是一種類似于表面活性劑的良好的物理改性劑，與瀝青混溶化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，主要通過降低瀝青分子的表面張力和表面自由能以達(dá)到降低瀝青加熱和拌和的溫度的目的；SMC的加入能夠改善瀝青分子的柔順性，提高瀝青的低溫柔性，改善瀝青的低溫性能。

(2)綜合考慮復(fù)合剪切模量G*,相位角δ，車轍因子G*/sinδ,SMC常溫改性劑的加入會(huì)增大瀝青的輕質(zhì)組分的比例而使瀝青高溫抗變形能力變差，降低瀝青PG高溫分級(jí)；總體來說，隨著SMC常溫改性劑摻量的增加，瀝青的高溫性能會(huì)逐漸下降，但摻量為8%時(shí)，高溫性能最優(yōu)且此時(shí)的高溫PG分級(jí)溫度也為最高62 ℃。

(3)通過比較蠕變勁度模量S和蠕變速率mc以及建立的綜合低溫柔量JC和擬合得到的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg可知:SMC改性劑的加入能夠改善瀝青的低溫性能且隨著摻量的增加，低溫性能的改善效果越明顯；結(jié)合瀝青瀝青混合料的小梁彎曲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)建立的低溫性能評(píng)價(jià)體系中包括測量出的蠕變勁度模量S，蠕變速率mc，以及用數(shù)學(xué)方法建立低溫綜合柔量JC和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg，JC的關(guān)聯(lián)性最高，最適宜用于評(píng)價(jià)SMC常溫改性瀝青的低溫性能。

(4)考慮到瀝青表面張力大小與其粘附性的關(guān)系可以推斷：SMC改性劑的加入降低了瀝青的表面張力而會(huì)使其與集料的粘附性變差，混合料水穩(wěn)定性下降，因而進(jìn)一步改善SMC常溫改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性是亟待解決的問題。