高黏度改性沥青的温度敏感性分析_周志刚.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 2 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.2Feb 2023收稿日期:20210414基金项目:国家自然科学基金项目(51878079);湖南省交通科技计划项目(201807)作者简介:周志刚(1966)，男，湖南长沙人，博士，教授(zhou_zgcs )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.02.002高黏度改性沥青的温度敏感性分析周志刚，陈功鸿(长沙理工大学道路结构与材料交通行业重点实验室，湖南长沙410114)摘要:为了评价高黏度改性沥青的感温性能，并探寻一种较为合理的高黏度改性沥青温度敏感性评价方法，通过采用针入度指数(PI)法、针入度黏度指数(PVN)法、黏温指数(VTS)法、复数模量指数(GTS)法和复数指数(CNI)法来评价自制高黏度改性沥青、某国产高黏度改性沥青和 SBS/树脂改性沥青的感温性能，并比较 5 种评价方法对高黏度改性沥青温度敏感性的适用性。试验结果表明:自制高黏度改性沥青对温度的敏感性最小，感温性能优于其他国产高黏度改性沥青，SBS/树脂改性沥青对温度敏感性最大，稳定剂有助于改善改性沥青的感温性能;在 5种温度敏感性评价方法中，PVN 法所采集的数据点无法满足高黏度改性沥青较广的温度域，试验精度较低，不适用于评价高黏度改性沥青的温度敏感性。PI 法、VTS 法、GTS 法和 CNI 法可用于高黏度改性沥青的温度敏感性评价，其中，PI 法所采用的温度范围较窄，具有一定的局限性;VTS 法、GTS 法和 CNI 法所涉及的温度域符合实际沥青路面中高黏度改性沥青的服务温度，而 CNI 法更好地考虑了高黏度改性沥青的黏弹性特征，故对高黏度改性沥青感温性能的评价更具准确性和合理性。关键词:道路工程;温度敏感性;复数指数法;高黏度改性沥青;黏弹性中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:10020268(2023)02000807Analysis on Temperature Sensitivity of High Viscosity Modified AsphaltZHOU Zhi-gang，CHEN Gong-hong(Key Laboratory of oad Structure and Materials of Transport Industry，Changsha University ofScience Technology，Changsha Hunan 410114，China)Abstract:In order to evaluate the temperature sensitivity of high viscosity modified asphalt and explore amore reasonable temperature sensitivity evaluation method for high viscosity modified asphalt，the temperaturesensitivity of self-made high viscosity modified asphalt，domestic high viscosity modified asphalt and SBS/resin modified asphalt are evaluated by using the methods of penetration index(PI)，penetration viscosityindex(PVN)，viscosity temperature index(VTS)，complex modulus index(GTS)and complex index(CNI)，and the applicability of 5 evaluation methods to the temperature sensitivity of high viscosity modifiedasphalt is compared.The test result shows that(1)the self-made high viscosity modified asphalt has the leasttemperature sensitivity，and its temperature sensitivity is better than that of other domestic high viscositymodified asphalts，while the SBS/resin modified asphalt has the greatest sensitivity to temperature，and thestabilizer is helpful to improve the temperature sensing performance of modified asphalt;(2)among the 5temperature sensitivity evaluation methods，the data points collected by PVN method cannot meet the widetemperature range of high viscosity modified asphalt，and the test accuracy is low，which is not suitable forevaluating the temperature sensitivity of high viscosity modified asphalt;(3)the PI method，VTS method，GTS method and CNI method can be used to evaluate the temperature sensitivity of high viscosity modified第 2 期周志刚，等:高黏度改性沥青的温度敏感性分析asphalt，among them，the temperature range adopted by PI method is narrow and has certain limitation;(4)the temperature range involved in VTS method，GTS method and CNI method is consistent with the servicetemperature of high viscosity modified asphalt in actual asphalt pavement，while CNI method better considersthe viscoelastic characteristics of high viscosity modified asphalt，so it is more accurate and reasonable toevaluate the temperature sensitivity of high viscosity modified asphalt.Key words:road engineering;temperature sensitivity;complex index method;high viscosity modifiedasphalt;viscoelasticity0引言高黏度改性沥青一般由多种改性剂对沥青进行复合改性而制成，其在不同的温度条件下表现出不一样的流变性能，为使高黏度改性沥青既能在夏季具有较强的高温抗车辙性能，又能在冬季表现出较好的柔韧性，必须保证其具有较低的温度敏感性13。目前国内外对高黏度改性沥青的研究主要集中于高温流变性能和改性机理方面，而对于感温性能的研究较少，并且不同类型沥青的温度敏感性评价方法的适用性不一，因此，找到一种能够准确评价高黏度改性沥青温度敏感性的方法尤为重要47。李冠玉8 采用黏温指数(VTS)来评价硫酸钙晶须改性沥青的感温性，改性沥青的黏度特性对于 VTS 指标起到了主导作用。陈华鑫9 通过研究发现，PI 法只能简单地表征沥青的温度敏感性，而不能将温度敏感性与沥青的内在本质特性相关联，而 VTS 法对于 SBS 改性沥青的温度敏感性评价比较合适。黄志义10 通过对高黏沥青感温性评价方法的适用性分析发现，差示扫描量热(DSC)法能弥补 PI、PVN 指标在评价沥青温度敏感性方面的不足，覆盖的温度区间大，试验精度高。高榕11 则采用复数模量指数(GTS)法来评价反应型橡胶改性沥青的温度敏感性。于新12 发现 GTS 法对橡胶沥青感温性能的评价还有些不足，而采用存储模量和损耗模量替代复数剪切模量的复数指数(CNI)法来对其进行温度敏感性分析更为准确。程承13、蔡直言14 亦通过对改性沥青的感温性能研究发现，复数指数(CNI)法能很好地评价木质素改性沥青的感温性能。基于目前对改性沥青温度敏感性评价方法的相关研究，本研究采用了多种感温性能评价方法(针入度指数(PI)法、针入度黏度指数(PVN)法、黏温指数(VTS)法、复数模量指数(GTS)法和复数指数(CNI)法)对高黏度改性沥青的温度敏感性展开研究，旨在通过比较和分析各种温度敏感性方法的优劣，探寻一种适用于高黏度改性沥青的温度敏感性评价方法，并评价自主研发的高黏度改性沥青的感温性能。1试验准备1.1试验材料本研究采用的改性沥青分别为自主研发的高黏度改性沥青(以下称其为“自制高黏度改性沥青”)、国产高黏度改性沥青和 SBS/树脂改性沥青，其中 SBS/树脂改性沥青是在基质沥青中添加一定掺量的 SBS 改性剂和增黏树脂复合改性而成，它们的物理性能指标测试结果如表 1 和表 2 所示，自制高黏度改性沥青是在 SBS/树脂改性沥青中进一步添加一定掺量的增塑剂和稳定剂等制备而得。表 1中石油 70#基质沥青检测结果Tab.1Test result of base asphalt Pen 70 of CNPC测试项目质量指标检测结果试验方法密度(20)/(kgm3)实测记录1 034.0T0603针入度/(0.1 mm)608070T0604延度(15，5 cm/min)/cm100100T0605软化点(环球法)/4648.0T060660 动力黏度/(Pas)180273.60T0620表 2SBS 质量指标Tab.2Quality indicators of SBS modifier检测项目技术指标S/B 比30/70充油率/%0挥发份/%0.70灰份/%0.20300%定伸应力/MPa2.0拉伸强度/MPa15.0扯断伸长率/%700扯断永久变形/%40邵氏硬度/A68熔体流动速率/(gmin1)0.105.001.2制备工艺首先称量基质沥青(500 g)并将其加热到1609公路交通科技第 40 卷165;然后将基质沥青置于高速剪切设备中，加入SBS 改性剂和增塑剂，并用玻璃棒充分搅拌，温度升高至 180 左右后，以 4 000 rad/s 左右高速剪切45 min;接着向沥青中加入树脂，并用玻璃棒充分搅拌，然后以 4 000 rad/s 左右高速剪切 30 min，温度保持在 180 左右;再接着向沥青中加入稳定剂等，并用玻璃棒充分搅拌，然后以 4 000 rad/s 左右高速剪切 45 min，温度保持在 180 左右;完成剪切后，将得到的混合物在 180 下保温发育 2 h，得到高黏度改性沥青。2试验方法(1)基于针入度试验、黏度试验的评价方法针入度指数(PI)法是目前我国规范采用的用以评价聚合物改性沥青感温性能的方法，它能反映中低温范围内沥青的温度敏感性15。本研究通过测定各沥青在 15，2