《G分级试验》PPT课件.ppt

第三章 SHRP沥青结合料及沥青混合料测试技术,1. 现行规范沥青分类依据是沥青的物理性能： 25的针入度（稠度）、60和135时粘度和15时的延伸率等。 2. 现行规范的局限性： 1）测定三大指标的温度范围 （15135）比实际路面沥青 应用的温度范围窄。 2）按现行规范，相同等级的 沥青路用性能相差可能会很大。 3）各地选用沥青仅凭经验确定等级。,同一粘度级的三种沥青的温度-稠度变化图,一 、现行结合料规范存在的问题,二 、SHRP开发的指标与试验,开发的指标应起到控制作用，使在当地自然环境条件下，在使用期限内各种使用条件下，路面不致发生各种形式的破坏。 1. 沥青路面的破坏形式与原因 1）疲劳开裂：老化后抗拉强度不够； 2）低温开裂：低温抗拉强度不够，孔隙率不当； 3）永久变形：高温时抗剪强度不够； 4）水损害：孔隙率不当、沥青与矿料粘结能力差。,沥青路面的主要破坏类型,疲劳开裂,温度开裂,纵向开裂,国际平整度指数,车辙,水损害,车 辙,水损害,2. 沥青的使用阶段与要求 第一阶段：沥青的泵送与运输 要求：135的粘度3PaS旋转粘度计 第二阶段：沥青混合料拌和与摊铺 高温下以薄膜形式包裹石料表面 要求：薄膜烘箱老化质量损失1。 第三阶段：路面使用过程中沥青的长期老化 用沥青在压力老化箱中的老化来模拟 要求：PAV后的抗破坏能力满足要求（抗永久变形、疲劳开裂、低温开裂及水损害）,PG76-10，PG76-16，PG76-22，PG76-28，PG76-34 PG82-10，PG82-16，PG82-22，PG82-28，PG82-34,三、路用性能指标及结合料等级 1.路用性能与指标 1)安全性用闪点230控制。 2)泵送与操作用最大粘度控制,要求135时粘度3Pas。 3)过度老化用沥青质量损失控制,要求:质量损失1.0%。 4)永久变形用G*/sin控制,试验温度为高温等级的温度。 对未老化沥青,要求G*/sin1KPa;对经RFTO沥青,要求G*/sin2.2KPa。G*越大,越小,抗车辙能力越强。 5)疲劳开裂用G*sin控制,要求经PAV沥青G*sin5MPa。G*和值越小,材料越具柔性,抗疲劳开裂的能力越强。对PG64-10沥青，试验温度为(64-10)/2加4，即(64-10)/2+4=31。 6)低温开裂对蠕变劲度低于300MPa的经PAV老化的沥青,其劲度随时间的变化率m0.3(60s加载后),对300S(t)600MPa，且m0.3的结合料,要求直接拉伸的破坏应变1.0%。试验温度为低温等级加10，如PG64-28，试验温度为-28+10-18。,PG沥青等级调整,2.结合料等级选择 1)结合料性能分级高低温各7个等级。 高温等级:46,52,58,64,70,76,82 低温等级:-10,-16,-22,-28,-34,-40,-46 如PG58-34,指沥青在-3458温度范围内物理性能满足路用要求。 高温等级由动力剪切流变仪测定,低温等级由弯曲梁流变仪或直接拉伸仪测。 2)沥青等级的选择 高温等级的温度指距路表20mm处的温度T20： T20=0.9545(Tair*-0.00618Lat2+0.2289Lat+42.2)-17.78 式中:Tair* 20-30年内连续7天的平均高气温； Lat 项目所在地区的纬度。 低温等级的温度则指路表面的温度Tsuf， Tsuf =0.859Tair-+1.7 。 式中：Tair-为20-30年内某一天的最低温度。 据项目重要性选定设计温度可靠度,即增减若干倍标准差。,四、旋转粘度试验 将圆柱形纺锤体浸入135的沥青试样中，测定某一转速时的扭矩来确定粘度。 要求：135粘度3 PaS ，同时测165、 175时粘度作粘-温曲线以决定压实与拌和温度范围。,五、旋转薄膜烘箱老化试验（RTFOT） 将各装有35g结合料的8个样品瓶放入薄膜烘箱中，在163条件下用15转/分的速度旋转，同时用喷嘴吹入4000ml/min的热空气使沥青老化，旋转85分钟后称两个试样瓶的质量，计算质量损失率： 质量损失率（%）=,六、压力老化箱（PAV）试验 将经过RTFOT试验的试样置于PAV中，在2.07MPa压力及90（100或110）温度下老化20小时后再作DSR、BBR。,七、动力剪切流变试验（DSR）,动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，简称DSR）是研究粘弹性材料的基本试验仪器。 由于美国战略公路研究计划（SHRP）在沥青结合料路用性能规范中首次采用DSR 评价沥青结合料的高温性能与中温疲劳性能，这一仪器及其关联的研究方法在沥青及沥青混合料的研究中得到广泛使用。 动态剪切试验方法在SHRP B-003及AASHTO TP5中有详细介绍，在SHRP规范中要求对原样沥青、RTFOT后残留沥青及RTFOT/PAV后残留沥青进行三次动态剪切试验，分别反映高温性能、疲劳性能，因此是SHRP沥青新标准的精髓。,SHRP采用的动态剪切流变仪（DSR）如图所示，它是属于平板式的流变仪，两块8或25的平行板的间距1.1-2.2mm。沥青试样夹在平板之间，一块板固定，一块板围绕着中心轴来回摆动， 完成一个周期。DSR试验过程中，摆动板连续不断地摆动，速度为10rad/s约等于1.59HZ的频率，图中列出了试验得出的正弦变化的剪应变及剪应力，其相位角是。,七、动力剪切流变试验（DSR）,DSR可以是应力或应变控制。应力控制是扭矩相同，而实际的板转动的弧度会略有不同；应变控制则是固定摆动的距离，而扭矩或应力将有所不同。沥青试样的剪应力S、剪应变D、复数劲度模量G*及相位角按下式计算： 式中，T为最大扭矩；r为摆动板半径12.5mm或4mm）; h为试样高度（1mm或2mm）;为摆动板的旋转角；Smax、Smin、Dmax、Dmin为试样承受的最大或最小剪应力、剪应变；t为滞后时间。,七、动力剪切流变试验（DSR）,七、动力剪切流变试验（DSR）,试验原理 一般的动载实验所施加的荷载通常 都采用最简单的正弦荷载，实验方法可以有三种： 1、采用一个固定的振动频率测定沥青振动扭矩，称为强制振动法； 2、荷载频率在一个范围内变化，寻求发生最大位移时的共振频率，称为共振法； 3、实验时给定初始荷载使试样自由衰减的方法。 由于强制振动法的测定方法比较简单，同时也模拟了路面实际承受的反复施加的交通荷载，更接近强迫振动的方式，故通常沥青材料的动载试验也采用此方式。 采用正弦波作为荷载输入模式，它的数学描述为：,7.1 线粘弹性的基本原理,在周期变量中，最简单的是正弦波。当虎克体承受的应力呈正弦波时，振幅即应力最大值为。，角频率2f，周期为T=1/f 当 所产生的应变为： 由此可知应变与应变进度均为具有与应力矢量相同周期的正弦波，应变与历力位相相同，应变速度则快90。,当牛顿体承受的应力呈正弦变化时，所产生的应变为： =,7.1线粘弹性的基本原理,7.1线粘弹性的基本原理,对于牛顿体应变较应力落后90，应变速度与应力位相相同， 因此，相当于速度与应力之积的外部功均作为热能被消耗。,弹簧与粘壶的矢量图,力学元件通过并联和串联组合，形成更为复杂的组合模型，从而最大程度地反映材料真实的力学特性。其基本特性如下表所示。,7.2、基本流变模型,1、麦克斯韦尔(Maxwell)模型 由一个弹性元件和一个粘性元件串联组成，如下图所示。,7.2、基本流变模型,7.2、基本流变模型,对粘弹体施加等应变荷载，应力和应变两者均按正弦变化，但应变滞后于应力，是滞后相角，即：=0sint , =0sin(t+),则,于是应力应变关系就可以用一个与应变同向的最El (储能模量)和一个与应变相差90的量E2 (损耗能量)表示。 每一周期的能量损害为：,用类似的方法可定义出复数柔量为：,为了解粘弹性的全貌，必然掌握时间或频率的影响，以麦克斯韦尔体为例，,根据式计算式绘出的复数模量与频率的关系图可知：高频E1趋向一高值极限呈玻璃态固体；当低频时，趋向一低值极限。对于不出现流动态的高聚物呈橡胶态，介于这两种频率之间时，E1随频率增加而增加，呈粘弹性。,从损耗E2的图象也可以看到粘弹行为，在高额与低频时E2趋近于零，而在两种频率之间的粘弹区E2增大。在E1变化最剧烈时E2达到最大值。也可以用损耗因子tg来表示。一般说来tg出现最大值的频率略低于E2出现最大值处(如图虚线所示)，直线所示的tg是按式Tm计算绘制的，两者不重合，说明模型有一定误差存在。,动态剪切流变试验的几个基本假设条件： 1、沥青力学性质在整个沥青内部分布是均匀的； 2、沥青性质在小应变作用下符合线粘弹性原理； 3、沥青试样与上下底板紧密接触，无滑脱现象。 试验时，需要一块和动态剪切流变仪振动板直径相等的沥青试件。试件制备有两种方式： 1、把足够数量的沥青直接倒在板上以形成足够的厚度； 2、用模具制备沥青试件，然后把它放在动态剪切流变仪的振动板和固定板之间。 采用第一种方式，优点在于方便快捷，缺点在于倒入准确数量的沥青需要经验，倒样时不希望倒得过多或过少，会影响试验的精度，如果试样太多，必须用预热的刮刀将四周刮平，进行修正。,将圆片状沥青试样夹在二个平行板中，一块板固定，一块板上施加固定的应变并以10rad/s摆动速度以 的顺序摆动，测定结合料G*及 。,要求：经PAV老化结合料的 G*sin 2.2KPa. 未老化的沥青结合料的 G*/sin 1.0KPa.,常用的流变参数如下： 1、滞后角 对于纯粘性流体 为/2，对于纯弹性材料， 为0; 大多数粘弹性材料0/2， 反映了材料粘弹比例。 在低温时，我们希望沥青材料的 角越大越好，从而增强其流动性能，通过流动的方式松弛材料收缩引起的拉应力，从而减少低温裂。 2、复数剪切劲度模量G* 动态荷载作用下应力和应变之比定义为复数剪切劲度模量G*，低温条件下，G*值越大，则其低温流动能力越差，低温抗裂性越差。 复数剪切劲度模量G * 是实数轴分量及虚数轴分量的复数和，实数部分 G 称为振动弹性模量，又叫贮存弹性模量。虚数部分 G 反映变形过程中由于内部摩擦产生的以热的形式散失的能量，所以叫损失弹性模量，简称损失模量。 低温下，损失模量越大，则用于低温流动的能量越大，沥青的低温流动性越好。,这一研究结果表明，采用DSR 进行温度扫描，相当有效地评价了沥青加入不同比例、不同品种的矿粉、水泥填料后，沥青胶浆高温性能明显提高，但是提高程度不同。相同掺量条件下，水泥优于矿粉，聚丙烯晴纤维优于玄武岩纤维；沥青胶浆与沥青一样具有很强的温度敏感性。掺加聚丙烯晴纤维的沥青胶浆回归曲线较平缓，说明它的感温性能良好，其余各种填料沥青胶浆的感温性相近；短期老化可以整体提高沥青胶浆的粘度与车辙因子，但是没有改变各种填料对高温性能贡献的次序；加入填料后，沥青胶浆疲劳因子显著增大，说明不同填料降低沥青胶浆疲劳性能的程度有所不同。随后进行的混合料试验结果与沥青胶浆试验结果相关性较好，说明应用流变学的方法可以很好评价沥青胶浆的路用性能。,八、弯曲梁流变试验（BBR） 将经过RTFOT和PAV老化的沥青制成6.2512.5125mm的梁， 在某一负温时用980mN荷 载加载240s，测8、15、30、 60、120、240s时的力、挠 度、蠕变劲度s(t)及蠕变率 m。,蠕变劲度: S(t)= (MPa) P恒定荷载，N；L梁支撑间距，102mm； b、h梁宽与梁高，12.5与6.25mm； 时间t时的挠度. 蠕变率m:是S(t)随时间的变化率。 根据ti和S(ti)值,可回归公式: logS(t)=a+blogt+c(logt)2 a、b 、c为回归系数。 对上式求导可得:m=b+2clogt。 BBR试验温度为路面最低温度加10。要求S（t60） 300MPa，即低温刚度不宜太大，还要求m0.3（60s）。 劲度模量值越低，表明沥青的低温性能越好，m 值越大，沥青松弛应力的能力越好，低温性能越好。,八、弯曲梁流变试验（BBR）,BBR 试验的试验温度与路面所在地区的使用温度有关，从理论上讲，它必须在当地的最低设计温度下进行。按照许多学者的建议，沥青胶结料低温劲度的荷载作用时间宜选用7200s，这样的试验条件不仅温度低，而且时间长，相对来说比较困难。但据沥青材料时温换算法则，可将荷载作用时间缩短为60s，试验温度较设计最低温度高10。因此，BBR 试验得到的60s 劲度模量实际上等于最低设计温度下2h 的劲度模量。试验温度提高10，且试验时间缩短，从而使试验简单化。,九、直接拉伸试验,在0-36情况下将试件以恒定的速度拉伸至破坏。计算破坏应变f: 要求f1.0%。 试验要求: 温度精度高，误差不大于 0.1。用激光测微计测试 件的伸长。,沥青在低温时硬而脆，当温度下降所引起的沥青内部应变或应力超过了它的极限应变能力或应力能力时，沥青将发生开裂，此种状态下对应的劲度称为极限劲度，这时的温度称为极限劲度温度。只要沥青工作温度不低于此极限劲度温度，沥青就不会开裂。SHRP 根据以往大量试验资料及研究结果，选定2h 加荷时间下的极限劲度界限为300MPa。也就是说，如果在最低路面设计温度时测得的沥青劲度小于300MPa，路面就不会开裂。除了极限劲度温度外，控制低温开裂的另一个指标为蠕变速率，即劲度随时间的变化率。不同的沥青其劲度随时间的变化是不相同的，蠕变劲度主曲线的形状随时间的变化趋势与低温开裂之间存在明显的相关关系。蠕变速率m 值越大，松弛应力的能力就越大。否则，温度应力累计到一定程度，低温开裂就会产生。,研究表明BBR 试验能较好的体现沥青胶结料的低温性能，但是也有例外，某些胶结料，特别对于改性沥青，有较高的蠕变劲度，但是在破裂前的变形能力却较强，BBR 试验并不能反映这类胶结料的变形能力，需要采用其它试验方法。因此，当蠕变劲度在300-600Mpa 之间时，且m 值大于等于0.3，必需进行DT 试验。DT 试验是测定低温下沥青胶结料在破坏前的应变值（拉伸速率1.0mm/min），试验目的是评价沥青胶结料在低温下是否具有较强的变形能力，能否耗散能量以避免裂缝。破坏定义为应力达到最大值时的荷载，而并非试件破裂时的荷载，规范要求破坏应变最小为1。,十、AASHTO MP1a 规范的临界开裂温度 为了完善PG分级对于改性沥青低温性能评价的准确性，Bouldin等发展了一个力学模型来计算临界开裂温度。2001年，该模型被列入AASHTO（2001）MP1a草案（AASHTO PP42-01）。它采用BBR 试验的流变数据预估温度应力，用DT 试验破坏数据预估破坏应力，温度应力和破坏应力相等时的温度即为临界开裂温度。 该方法规定：通过对压力老化试验(PAV)后沥青试样在不同温度条件下的BBR 试验和DT 试验数据进行回归计算，得到沥青胶结料在低温条件下的临界开裂温度Tcr，再对照标准确定沥青的低温性能等级。不再要求PAV 试样在相关温度下BBR 试验应力小于300MPa、m值大于0.300 及DT 试验破环应变大于1.0%。,将弯曲梁流变仪BBR 提供的蠕变劲度曲线通过一系列的换算，得到沥青的温度应力曲线；直接拉伸试验仪DT 提供破坏应变的同时还提供了破坏应力。将BBR 中提供的温度应力曲线与直接拉伸试验DT 提供的破坏强度曲线进行比较，得出相交点，即认为相交点处应力或强度所对应的温度为临界开裂温度。,十、AASHTO MP1a 规范的临界开裂温度,温度应力则需进行一系列的数学变换得到。由于BBR 直接得到的是不同温度下的劲度与时间的曲线S (t)，因此需要将不同温度下的劲度曲线经过时温等效变换得到劲度主曲线。将劲度主曲线S (t)转换成蠕变柔量D (t)，再进一步转换成松弛模量E (t)，然后由松弛模量计算沥青的温度应力。,1、劲度主曲线的确定,2、温度应力的计算,1）Hills 和Brien 的温度应力计算方法 温度应力计算建立在Boltzmann 的线粘弹性原理的基础上的，通过数学计算得到的。到目前为止，在温度应力的计算方面影响最为深远的研究应首推Hills 和Brien 的工作。他们假设路面为一无限长的受约束条带，采用准弹性梁的力学模型提出了著名的路面温度应力近似计算公式：,上式但最根本的问题是所采用劲度模量的概念, 实际上是一种蠕变试验的割线模量，表征沥青混合料材料的应力应变关系是一种准弹性假定，而事实上沥青混合料材料是一种热粘弹性材料，温度应力在其产生与发展的过程中必然存在应力松弛现象，上式没有考虑这一因素，必然会对温度应力的计算结果产生一定的影响。由于沥青混凝土是一种典型的粘弹性材料，存在蠕变和应力松弛效应。 虽然劲度模量S 是一个随荷载作用时间而逐渐降低的量，体现了材料的应力松弛效应。Hills 公式只考虑了在温度变化过程中劲度模量随温度的变化而变化，对于任何一个时间段(或温度变化区间T)而言，其劲度模量为一常量，首先计算出每个小降温时段的温度应力，最后叠加得到整个降温过程中所产生的温度应力。它没有考虑到在各降温时段中所产生的温度应力在随后的降温过程中的应力松弛效应，计算结果会偏大。由于劲度模量值是温度和时间的函数。而该式没有确定应该取哪一个时刻的劲度模量值。因此，有必要从应力松弛的角度来计算连续变温时，在沥青混凝土路面中的温度应力。,2）考虑应力松弛的温度应力计算方法 设温度T0 时的一个微段时间dt 产生的温度变化dT，其产生的瞬时温度应力为： 该瞬时温度应力在随后的时间内会产生一定的应力松弛效应，当松弛过程中的温度恒定为T0 时，其松弛应力为： 即其松弛时间就是计算松弛过程的起止时间差，因在松弛过程中，其温度是连续变化的，而在不同温度时，沥青混凝土的松弛性能是不同的，所以不能简单地套用上式。一般认为沥青混凝土属简单热流变材料，具有时间一温度等效性。因此，可以利用沥青混合料的时温等效性能来求解，基本的思路就是把连续变温时的松弛时间利用时温等效转换为恒温时的松弛时间。,因此，温度从t0 时的T0 变化到t 时的T 时，产生的温度应力应为： 采用离散法来处理连续降温问题，即把降温时间等分为n 段，设各段起止时刻分别为0,1,2,n，相应各时刻所对应的温度为T0，T1，T2，,Tn。先考虑其中时间i-1i 时产生的温度应力在连续变温条件下松弛到n 的情形：i-1i 时间内，温度变化产生的瞬时温度应力在随后的时间内可产生一定的应力松弛。由于温度时刻在变化，所以松弛时间并不是简单地把起止时刻相减(n-i)，而是应按前面的推导，把不同温度下的松弛时间根据时温转换原理转换成Ti 温度时的松弛时间。,3、临界开裂温度的计算,通过DT 试验得到破坏应力值，与计算的温度应力值相比较，一般至少应有两个温度下的DT 试验结果，通常这两个试验温度与BBR 试验温度相同，如果温度应力的曲线和破坏应力的曲线不相交，则应在其它温度下重新做DT 试验。 新的评价沥青低温性能的方法通过数学模型的方式，利用BBR 和DT数据回归计算得到临界开裂温度， 对沥青低温性能的预测更加直观。,临界开裂温度的计算过程计算实例,以110沥青为例，说明临界开裂温度的计算过程。计算过程中用到的参数：假定沥青的线膨胀系数为1.710-4mm/mm/，冷却速率为1/h，计算温度应力时起始温度为0，终止到-50，根据沥青的松弛模量计算的温度应力要乘以一个路面常数（ 18 ）即为沥青混合料的温度应力。,将劲度模量主曲线根据上式，用Origin 软件进行拟合，得到参数、和k 的值。根据（3-7）和（3-8）式计算松弛模量，根据计算的结果，可以看出，松弛模量和劲度模量的曲线并不重合，这就表明，不能用劲度模量和代替松弛模量。,将计算的松弛模量用Origin 软件进行拟合，得到参考温度下的松弛模量主曲线，用时温转换原则得到不同温度下的松弛模量。采用编制的程序，根据松弛模量计算出温度应力，从左下图的两条曲线的交点，即可以求出临界开裂温度。临界开裂温度结果如右下图：,因为AASHTO MP1a 规范的临界开裂温度是结合蠕变试验和破坏试验得到的指标，所以AASHTO MP1a 规范比Superpave 沥青胶结料规范更能体现沥青的低温性能。但是，AASHTO MP1a 规范也有许多的不足之处，临界开裂温度的计算过程用的是理论化的公式，大多数是经验性的方法来求解的。在计算温度应力的过程中，采用固定的降温速率和线收缩系数，实际表明，降温速率对沥青低温开裂性能有一定的影响，而对于不同的沥青种类，收缩系数是不同的。因此，对AASHTO MP1a 评价低温性能的方法仍需要改善。同时该方法只利用了破坏强度而未利用破坏应变，改性沥青在破坏时刻的变形能力可能更加优越。也有一些研究建议使用断裂能来表征改性沥青的低温性能等级。,十一、改性沥青标准存在的技术问题,对复杂流变体的改性沥青评价却值得讨论, 表现出的不足主要有以下几点： 高温指标G*/sin能不有效地表征改性沥青的抗车辙能力是关注的重点。需要探索新的指标。 NCHRP9-10研究采用新的重复蠕变恢复试验，即在加、卸环中测定延迟弹性性变形回复特性，用Burgers粘弹模型对试验结果进行拟合，计算出蠕变劲度的粘性成分Gn来代替G*/sin作为评价指标。由于这个试验耗费时间，需要使用更高级的动态剪切流变仪DSR及应用软件，其实用性尚有待探讨。 欧洲则一直采用零剪切粘度（ZSV）作为高温规范参数，并引起了许多国家的广泛关注。,零剪切粘度,零剪切粘度ZSV的概念是在高分子材料中提出的，它是在某一温度下当剪切速率为零时测得或推算得到的粘度，是材料本身固有特性，用以标准材料粘度特性。在欧洲ZSV指标已受到普遍关注，并试图采用60时的ZSV来反映改性沥青的高温性能。因为车辙变形是一个缓慢发展的过程，与沥青在较低剪变率下的粘度关系密切，所有用ZSV显得更加合理。 大多数沥青结合料在路面工作温度下属于伪塑性非牛顿流体，其粘度随剪切速率的增加而减小，某些情况下这种粘度减少的幅度相当显著。研究发现，在剪切速率（或剪力）非常小或非常大的极限情况下，伪塑性非牛顿流体的粘度接近于常数。这两个粘度不随剪切速率而改变的区域称为第一牛顿流区域和第二牛顿流区域。伪塑性流体在第一牛顿流区域中粘度趋于常数，并达到最大值，这一粘度被称为零剪切粘度或绝对粘度；而在第二牛顿流区域中，剪切速率很大，粘度达到最小值，称为第二牛顿流区域粘度。,十一、改性沥青标准存在的技术问题,短期老化方法对改性沥青的适用性问题也引起广泛关注。PG的性能分级不仅依赖原样沥青，同时也依赖短期老化后的沥青残留物。RTFOT用于改性沥青时，由于改性沥青粘度大而无法在旋转瓶中流动形成均匀薄膜，这违反了沥青在连续流动形成薄膜状态受到热空气老化作用的试验基本假设。美国NCHRP9-10改性沥青胶结料的Super-pave草案的研究提出了在旋转瓶中添加钢棒的方法对RTFOT进行改进，但效果并不理想。美国正在开展更加合理的实验室老化模拟方法的研究。 SHRP PG分级标准采用弯曲梁蠕变试验（BBR）评价胶结料的低温性能。对于改性沥青，试验存在如下一些不足：SBS改性沥青的应力松弛模式同普通沥青差异显著，弯曲梁蠕变试验低估了SBS改性沥青的低温抗裂能力；沥青的低温抗裂性能应该与其松弛性能、极限变形能力、强度以及收缩特性相关，而Superpave性能规范没有考虑结合料的强度，聚合物改性提高改性沥青胶结料的了低温断裂强度。,在疲劳性能评价方面，按照PG分级标准规定使用角频率10rad/s，应变水平为1%的G*sin作为参数来表征沥青的疲劳抵抗能力。G*sin是结合料的耗散模量，代表沥青粘性分量在动态荷载作用下的贡献。Superpave PG分级标准规定将5MPa的温度作为临界疲劳温度，较低的疲劳温度代表较好的疲劳性能。美国NCHRP9-10进行的专门研究认为沥青的疲劳破坏是一种非线性破坏，必须使用非线性力学的方法与手段来研究沥青的疲劳损伤与破坏。为了有效表征改性沥青在路面服务期限内的疲劳抵抗能力，必须使改性沥青的疲劳试验条件与改性沥青混合料疲劳试验中胶结料的工作条件一致。 此外，确定改性沥青在工业生产时的拌和温度与碾压温度等问题，也是目前改性沥青应用技术领域的一个重要研究内容。,十一、改性沥青标准存在的技术问题,十二、重复蠕变回复试验,1、SBS改性沥青的延迟弹性变形 为了更加合理地判断改性沥青延迟弹性变形及其回复能力，美国NCHRP 9-10项目“改性沥青胶结料的Superpave 草案”提出了一种新的试验方法-重复蠕变回复试验。该试验建议的蠕变应力范围是30-300Pa，采用加载1S, 卸载9S的重复加载方式对沥青试验100个循环，然后通过Burgers四单元模型第50次和50次的试验结果进行拟合，由拟合参数计算得到蠕变柔量的粘性成份Jv*, 为了与SHRP中模量的概念相对应，选取蠕变劲度的粘性成分Gv=1/Jv作为高温评价指标中代替G*/sin。NCHRP 9-10推荐的重复蠕变回复试验在夏季路面设计温度下进行。,1、SBS改性沥青的延迟弹性变形,有人采用AR2000型DSR进行了重复蠕变回复试验，施加的荷载波形与响应的应变波形实例如下图， 考虑到我国绝大多数地区夏季最高温时的路面温度在64-70范围内。在64和70两个温度水平下，进行了若干与与NCHRP9-10类似对比试验研究。,可以看出，不同应力水平下的沥青柔量相同，不随应力而改变，柔量和应变都随时间线性增长，显示出线性粘性流体的性质。根据牛顿流体的本构方程=t/ t/J, 计算得到沥青的粘度在64、70时分别为207Pas和114Pas, 两种加载模式下测得的粘度比较接近。可见，在短短1s蠕变静载试验中基质沥青就基本上进入了粘性流动状态，因此基质沥青在高温下的变形主要是粘性流动，影响其高温性能的主要因素是粘度。,1、SBS改性沥青的延迟弹性变形,KLAH-70基质沥青在第一个加载阶段的蠕变响应，图例中不同曲线代表不同的应力水平，左边纵轴为应变，右边纵轴表示柔量。,右图为一种等级改性沥青在三种应力水平下的应变和柔量测定结果。尽管蠕变柔量与应力无关，不是线性粘弹性的充分条件，但这是材料具有线性粘弹性的必要条件。图所示的改性沥青其柔量基本不随应力增加而改变，可见该种改性沥青在试验温度和应力水平范围内保持线性粘弹性，可将其视为线性粘弹性材料。,1、SBS改性沥青的延迟弹性变形,改性沥青的应变或柔量不像基质沥青那样随时间线性增长，呈现出延迟弹性行为。由于蠕变柔量具有线性特征，为了分析温度对于不同沥青蠕变特性的影响，将四种沥青70和64的柔量比值如下图，可以看出，基质沥青受温度的影响最大，PG76其次，PG88随着加载时间的增加受温度的影响增大，PG82则没有此趋势，甚至随加载的进行比值减小。,1、SBS改性沥青的延迟弹性变形,由此可见，改性沥青因其组分的复杂性而具有不同的感温性，并且沥青性质受温度的影响随加载的进行而有所不同，在不同的加载模式下将有不同的感温性表现。因此，研究沥青的感温性应该在反映路面实际受力状态的试验模式下进行。,2、温度及应力水平对重复蠕变回复试验的影响,在下面两图中分别给出了基质和改性沥青在64、70和76条件下重复蠕变回复试验得到的部分试验结果。 在重复蠕变回复试验中，各时刻或者各次循环加卸载后，基质沥青和改性沥青的蠕变应变或蠕变柔量对于温度的依赖性完全不同。改性沥青在64和70 下蠕变响应的差值远远小于70和76 间的差值，基质沥青64和70 的应变差值则比70和76 间的要大，尽管难以采用适宜的粘弹性力学模型，精确描述重复蠕变回复试验中，基质沥青和改性沥青的蠕变应变或蠕变柔量随时间历程对于温度的依赖关系，但基质沥青蠕变应变累积对于温度的依赖是均匀递减的，与此相比，改性沥青的性质复杂得多。这一结果表明，对于改性沥青，必须在相应的温度条件下进行重复蠕变回复试验，还没有足够的经验进行不同温度之间试验结果的换算。,为了分析应力水平对于重复蠕变回复试验结果的影响，分别统计了不同应力水平下改性沥青在第1、30、50、100次蠕变恢复后的累积应变，并将应变对应力进行归一化处理，得到单位应力下的应变，以30Pa应力下归一化的应变作为基准I, 其他应力水平下的归一化应变与这个基准应变的比值列成下表，位应力下的应变。据此可以依据比值偏离I 的程度评价应力水平的影响。,2、温度及应力水平对重复蠕变回复试验的影响,2、温度及应力水平对重复蠕变回复试验的影响,2、温度及应力水平对重复蠕变回复试验的影响,3、改性沥青的变形累积,如图所示，基质沥青除了在蠕变回复初期极少的弹性变形回复外，变形回复不再随时间的继续增加。这一结果表明基质沥青蠕变阶段的变形主要是粘性流动变形，卸载后是永久不可回复的。改性沥青蠕变变形回复曲线是下凹的指数增长型，随着回复时间增加，延迟弹性变形部分不断得到回复。,研究表明：改性沥青的蠕变变形中粘性流动的比例不大，主要表现为延迟弹性。在改性沥青的高温变形特性研究中，粘度不再是惟一重要的指标，延迟弹性特性对于改性沥青变形累积的影响至关重要。由于延迟弹