生物沥青、岩沥青及复合改性沥青常规性能与流

在我国沥青路面的发展进程中，通过不断自我 摸索和吸收借鉴国外性能分级标准，形成了以针入 度为分级标准的评价体系，并综合考虑了道路实际 工作中气候分区情况和沥青对温度的敏感程度. 然而，作为经验型评价体系，存在以下缺陷：
1）未考 虑长期老化，试验温度区间狭窄，与实际道路工作环 境不符；
2）试验结果离散性较大，精度不高；
3）同一 针入度等级的沥青在使用性能方面可能存在巨大差 异；
4）大部分经验指标物理意义模糊，难以与沥青具 体使用性能明确相关 . 另一方面，基于沥青流变 性能提出的 PG（Performance Grade）性能分级体系 则具有切合沥青实际工作环境、精度高、各指标与使 用性能直接相关的优点，但试验仪器价格高，实际推 广难度较大.

沥青的常规性能与流变性能均为材料性能，二 者之间应存在某一联系. 若可用沥青常规性能来预 估流变性能，则能在节省大量人力物力的同时，通过 结合两种指标提升沥青评价的准确性. 但沥青为粘 弹性材料，流变性能相当复杂，其变形兼有弹性体瞬 时响应的可恢复变形和粘性流体耗散能量的永久变 形[5] . 此外，受沥青品种、制备工艺、内部结构等多种 因素影响，难以建立完全统一的常规性能与流变性 能的相关性.

生物沥青为新型绿色可再生材料，具有来源广 泛、原材料储备丰富、环保可再生和价格低廉等显著 优势. 采用其替代石油沥青能缓解石油资源逐步枯 竭的趋势，同时降低道路成本，但掺入过量的生物沥 青会显著降低沥青高温性能[6] .如何推广使用生物沥 青受到越来越多国内外学者的关注. 岩沥青为天然 沥青，常作为改性剂掺入基质沥青中，改性技术较为 成熟，能显著提高沥青高温性能、水稳性能和抗老化 性能，国内外均已有研究应用[7] . 在生物沥青改性沥 青中掺入岩沥青能提升沥青高温性能，降低生物沥 青的不利影响，从而大幅提高生物沥青掺量. 本研究通过对给定的生物沥青、岩沥青及复合 改性沥青进行常规使用性能试验和流变性能试验， 从高温性能、低温性能、可使用温度范围和感温性能 等方面综合探讨了 3 种改性沥青的常规使用性能指 标和流变性能指标的相关性，为建立沥青常规性能 与流变性能统一关系提供参考依据，并为应用生物 沥青、岩沥青及复合改性沥青奠定基础.

1 试验材料
1.1 原材料
本研究中生物沥青为蓖麻油生物沥青，由蓖麻 子提炼蓖麻油后剩余脚料加工而成，在常温下呈固 态，色泽暗淡，外观与普通沥青相似. 岩沥青为产于 欧洲巴尔干半岛的天然岩沥青，经破碎处理后呈黑 色颗粒状. 生物沥青和岩沥青的技术指标。

1.2 改性沥青的制备
将一定比例的生物沥青直接掺入到 50 号基质 沥青中，在 105 益条件下以 1 500 r/min 转速搅拌均 匀后，即可制得生物沥青占沥青总量分别为 0%、 5%、10%、15%、20%、25%和 30%的生物沥青改性沥 青. 将岩沥青与 70 号基质沥青按比例混合并在烘箱 中发育一段时间后，在 150~160 益条件下以 3 000 r/ min 转速剪切均匀后，即可制得岩沥青占沥青总量 分别为 0%、5%、10%、15%、20%和 25%的岩沥青改 性沥青. 复合改性沥青则是先将岩沥青掺入到 70 号 基质沥青中，在 160 益条件下搅拌均匀并剪切发育 后，再掺入生物沥青在 145 益的条件下以 1 500 r/ min 转速剪切均匀后制得.
针入度作为我国现行规范中沥青性能评价的核 心指标，可以直观反映沥青粘稠度的大小[9]，故通过 保证不同掺量的复合改性沥青 25 益针入度基本一 致，即复合改性沥青标号不变，从而确定复合改性剂 掺量分别为 0%、10%、20%、30%、40%和 50%的复合 改性沥青中生物沥青和岩沥青各自所占比例.

2 实验室试验与性能指标
2.1 改性沥青的性能试验
根据 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混 合料试验规程》，分别进行沥青针入度、软化点、弯曲 蠕变劲度和流变性质试验. 按照试验规程 T0604— 2011 进行针入度试验；按照试验规程 T0606—2011 进行软化点试验；按照试验规程 T06027—2011 进 行弯曲蠕变劲度试验；按照试验规程 T06028—2011 进行流变性质试验.
2.2 常规性能指标
由于我国沥青蜡含量普遍偏高，软化点难以准 确评价沥青高温性能，故采用当量软化点 T800 和当 量脆点 T1.2 作为常规性能指标. T800 为针入度外延至 800（0.1 mm）时所对应的温度，T1.2 则为针入度外延 至 1.2（0.1 mm）时所对应的温度.
2.3 流变性能指标
基于沥青流变性能提出的沥青 PG 性能分级体 系以高温连续分级温度 HT 和低温连续分级温度 LT 来直观反映沥青在道路合理服务的温度上限值 和下限值[10-11] . 其中，按式（3）计算 RTFO 老化前后沥 青的车辙因子 G * /sin 啄 所对应的分级温度，取温度 较低值作为 HT；按式（3）和式（4）分别计算在低温弯 曲梁流变试验中，PAV 老化后沥青的蠕变劲度 S 和 劲度变化率 m 值各自对应的分级温度.

3 试验结果分析
3.1 高温性能相关性分析
软化点和当量软化点 T800 是我国沥青高温性能 评价的重要指标. 对 3 种改性沥青的软化点与 T800 分别进行相关性分析，如图 1 所示. 生物沥青改性沥 青和岩沥青改性沥青的软化点与当量软化点均呈明 显的正相关，线性相关系数 R 2 分别达到了 0.993 9 和 0.982 6. 复合改性沥青的相关性相对较低，相关 系数 R 2 为 0.759 2，这主要是由于复合改性剂的掺 量较大，软化点的增长速度略大于 T800 的增长速度， 软化点和 T800 准确度不够，不适用于高掺量的改性沥青.
通常软化点越高的沥青，当量软化点和 PG 高 温连续分级温度也越高，高温性能越好. 对 3 种改性 沥青的当量软化点 T800 和 PG 高温连续分级温度 HT 进行相关性分析， 3 种改性沥青的 HT 均随着 T800 的增大而有不同幅度的提升，生物沥 青、岩沥青和复合改性沥青的 T800 与 HT 的相关系 数 R 2 分别高达 0.995 1、0.987 6 和 0.960 7，这表明 3 种改性沥青的常规试验指标 T800 与流变性能指标 HT 呈显著线性相关. 另外，软化点与 T800 也具有一 定的相关性，表明软化点、T800 和 HT 对 3 种改性沥 青高温性能的评价基本一致，可以通过软化点和 T800 来合理预估 PG 高温连续分级温度 HT.
3.2 低温性能相关性分析
我国目前通常采用延度指标并结合当量脆点 T1.2 对沥青的低温性能进行分析. 由于生物沥青和岩相关系数 R 2 分别为 0.992 和 0.974 1. 表 明 T1.2 和 LT 对生物沥青改性沥青低温性能的评价 具有一致性，可以通过当量脆点 T1.2 来预估生物沥 青改性沥青的 PG 低温连续分级温度 LT. 而岩沥青 改性沥青的 T1.2 变化速度大于 LT 的变化速度，复合 改性沥青的 T1.2 与 LT 则为更复杂的抛物线关系，难 以建立统一的线性模型. 对岩沥青改性沥青和复合.

4 结 论
本研究分别以生物沥青、岩沥青及其复合改性 沥青作为改性剂，制备了不同掺量的 3 种改性沥青. 采用不同试验评价体系测试了高温性能、低温性能、 可使用温度范围和感温性能，分析确立了 3 种改性 沥青的常规性能与流变性能的相关性. 结论如下：
1）3 种改性沥青各常规性能与流变性能的回归 方程均不一样，表明难以建立完全统一的回归方程. 但对于同一品种的沥青，其常规性能与流变性能存 在显著相关性.
2）软化点、当量软化点 T800 和 PG 高温连续分级 温度 HT 对 3 种改性沥青高温性能的评价基本一 致，可以通过常规性能指标软化点和 T800 来预估流 变指标 PG 高温连续分级温度 HT.
3）生物沥青改性沥青的当量脆点 T1.2 和 PG 低 温连续分级温度 LT 呈显著线性相关，但岩沥青改 性沥青和复合改性沥青为二次相关. 表明 T1.2 和 LT 相关性较复杂，对低温性能评价不完全一致，应结合 两种指标并参考混合料相关试验来综合评价沥青低温性能.
4）3 种沥青的当量软化点与当量脆点之差和 PG 高低温连续分级温度之差之间线性拟合较好，采 用针入度常规评价体系和流变评价体系均能合理描 述 3 种改性沥青的可使用温度范围.
5）3 种改性沥青的针入度指数 PI 值和复数剪 切模量指数 GTS 值之间相关性较好，常规指标和流 变指标对沥青感温性能的评价基本一致.