ASTM D8667-2026 使用动态剪切流变仪测定沥青结合料中温和低温流变性能 标准立项发展报告

ASTMD8667-2026使用动态剪切流变仪测定沥青结合料中温和低温流变性能标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:StandardTestMethodforDeterminingIntermediateandLowTemperatureRheologicalPropertiesofAsphaltBinderUsingaDynamicShearRheometer摘要：道路工程中，沥青结合料的流变性能直接关系到路面的高温抗车辙、中温抗疲劳及低温抗开裂能力。传统动态剪切流变仪（DSR）试验主要聚焦于高温性能评价，对中温和低温区间的流变行为表征能力不足，难以全面指导沥青分级与路面性能预测。ASTMD8667-2026《使用动态剪切流变仪测定沥青结合料中温和低温流变性能的标准试验方法》的发布，填补了该技术领域的标准空白。本报告基于ASTMD8667-2026标准文本及国内外相关研究进展，系统分析了该标准的立项背景、技术原理、核心内容与应用价值。报告重点阐述了该标准在拓宽DSR适用温域、规范试验参数、明确数据处理方法等方面的技术创新，探讨了其与现有PG分级体系及弯曲梁流变仪（BBR）试验的协同关系，并对该标准在未来沥青材料研究与工程应用中的发展前景进行了展望。该标准的实施将有力推动沥青结合料性能评价体系的完善，为高性能沥青路面材料的设计与质量控制提供更为精准的技术支撑。关键词：沥青结合料；动态剪切流变仪；中温流变性能；低温流变性能；标准试验方法；PG分级Keywords:AsphaltBinder;DynamicShearRheometer;IntermediateTemperatureRheologicalProperties;LowTemperatureRheologicalProperties;StandardTestMethod;PGGrading一、引言沥青路面作为当今世界高等级公路最主要的结构形式，其长期服役性能与沥青结合料的材料品质密切相关。沥青结合料是一种典型的粘弹性材料，其力学行为具有显著的温度依赖性和时间依赖性。在不同的温度和荷载频率条件下，沥青分别表现出粘性流动、弹性回弹及脆性破坏等迥异的力学响应。准确表征沥青结合料在宽温度域内的流变特性，是实现沥青合理分级、混合料性能准确预测以及路面结构可靠设计的前提和基础。自美国公路战略研究计划（StrategicHighwayResearchProgram,SHRP）提出性能分级（PerformanceGrading,PG）体系以来，动态剪切流变仪（DynamicShearRheometer,DSR）已成为沥青结合料高温性能评价的核心工具。然而，传统DSR试验方法（如ASTMD7175）主要适用于高温条件下的车辙因子（G*/sinδ）测定，其试验温度通常覆盖路面高温设计温度区间。对于中温疲劳开裂和低温热开裂所对应的流变性能，传统方法存在明显的适应性局限。具体而言，在中温区间（约10℃~30℃），沥青的疲劳因子（G*·sinδ）虽可通过DSR测得，但现行标准中相关试验参数（如应变控制水平、平板间隙等）的设定主要基于高温试验经验，未必能准确反映实际路面结构中的受力状态。在更低温度（低于0℃）条件下，由于沥青模量急剧增大，常规DSR试验往往超出仪器扭矩量程，导致测试精度显著下降，试验结果的可重复性和可再现性难以保证。为突破上述技术瓶颈，ASTM国际标准组织历经多年研究与论证，于2026年正式发布了ASTMD8667-2026标准。该标准系统规范了利用动态剪切流变仪测定沥青结合料中温和低温流变性能的试验方法，旨在建立一套操作统一、结果可靠、适用性广泛的标准化测试规程。本报告将对该标准的立项背景、技术路线、核心内容和行业影响进行深入剖析。二、标准立项背景与需求分析沥青路面的典型破坏模式包括高温车辙、中温疲劳开裂和低温缩裂。三种破坏模式分别对应沥青结合料在不同温度区间的流变特性。SHRP计划建立的PG分级体系采用了“高温-中温-低温”三位一体的分级框架，其中：高温性能通过DSR测定车辙因子G*/sinδ予以评价；中温疲劳性能通过DSR测定疲劳因子G*·sinδ予以评价；低温性能通过弯曲梁流变仪（BendingBeamRheometer,BBR）测定蠕变刚度S和蠕变速率m予以评价。从标准体系建设的角度来看，现有ASTM标准中，ASTMD7175规定了DSR试验的一般程序，但其验证的温度范围和应用导向主要聚焦于高温阶段。ASTMD6648规定了BBR用于低温性能测试的方法。然而，在中温至低温的过渡区间（约为-10℃至+30℃），特别是当温度低于20℃时，缺乏一项基于DSR平台、经充分验证的标准化测试方法。事实上，对于多数性能分级沥青（PG64-22、PG70-28等），其中温疲劳试验温度通常在19℃至31℃之间，部分改性沥青或高标号沥青的疲劳试验温度可能低至13℃以下。传统的DSR方法在较低温度下难以保持线粘弹性范围内的精确应变控制，数据质量面临挑战。与此同时，随着聚合物改性沥青、橡胶改性沥青及复合改性沥青在重载交通路面中的大规模应用，沥青结合料的化学组成和微观结构日趋复杂。这类材料往往呈现出更为显著的粘弹性非线性特征，对测试方法的线性响应范围、时间-温度等效特性等提出了更为苛刻的要求。行业迫切需要一种能够在连续温度域内、以统一测试平台获取沥青结合料流变参数的试验方法。此外，从工程实践角度看，准确测定沥青结合料的中低温流变参数对于以下方面具有重要意义：-沥青PG分级的准确判定和路面结构设计的输入参数优化；-温拌沥青、再生沥青混合料中新旧沥青的融合程度评价；-改性沥青质量的一致性控制和施工质量验收。基于上述需求，ASTMD04道路与铺装材料技术委员会启动了D8667标准的立项制定工作。三、标准主要内容与技术解析3.1适用范围ASTMD8667-2026标准规定了使用动态剪切流变仪测定沥青结合料中温和低温条件下流变性能的标准试验方法。该方法适用于在-30℃至+60℃温度范围内（取决于沥青等级和仪器能力），通过振荡剪切方式对沥青结合料施加周期性荷载，测定其复数剪切模量（G*）、相位角（δ）以及衍生的粘弹性参数。标准明确适用于原样沥青、旋转薄膜烘箱（RTFOT）老化后的残留沥青以及压力老化容器（PAV）老化后的残留沥青。该标准与现有的ASTMD7175形成了温度范围和应用导向上的互补。ASTMD7175主要面向高温性能的评价，而ASTMD8667则系统覆盖了中低温区间，两套方法协同构成了基于DSR平台的完整沥青流变性能评价体系。3.2试验原理动态剪切流变仪的基本工作原理基于材料对振荡剪切荷载的粘弹性响应。在试验过程中，将沥青结合料试样夹持在平行板夹具之间，下板固定，上板绕垂直轴做正弦振荡运动。通过精确控制施加的应变或应力水平，记录材料内部的剪应力响应或应变响应，据此计算材料的复数剪切模量G*和相位角δ。G*表征材料在振荡荷载作用下抵抗剪切变形的总阻力，其值越大，材料在相应温度和频率下越“硬”；相位角δ反映了粘性分量与弹性分量的相对比例，δ越大（越接近90°），材料的粘性特征越显著，反之弹性特征越突出。ASTMD8667标准针对中低温条件下的测试需求，对关键试验参数进行了系统优化与限定：-应变水平控制：在中低温条件下，沥青结合料表现出更高的模量和更窄的线粘弹性范围。标准规定了不同温度区间对应的应变控制水平，以确保测试在线粘弹区内进行，从而保证试验结果的物理意义明确且具有可比性。-平板几何尺寸：针对低温下高模量、高扭矩的需求，标准允许采用较小直径的平行板（如4mm或2mm板）以扩大可测模量范围。同时，标准对平行板间隙的设定进行了明确规定，以平衡表面粗糙度效应和试样体积效应。-温度和平衡时间：标准对试样的温度平衡时间做出了严格要求，确保试样在测试温度下达到内部热平衡，避免温度梯度造成的试验误差。这对于低温段数据的准确性尤为关键。3.3仪器要求与试验步骤该标准对动态剪切流变仪的系统配置提出了明确的技术要求。扭矩范围需覆盖低扭矩至高扭矩的宽跨度区间，以适应从软化点以上流动状态到玻璃态转变区附近的模量变化。温度控制系统需具备精准的温控能力，在-40℃至+80℃范围内能够保持温度稳定，控温精度不超过±0.1℃。位移传感器和扭矩传感器的分辨率需满足低温低应变条件下的测量需求。试验准备阶段，要求将沥青结合料试样加热至具有足够流动性的温度（避免局部过热），浇注成规定厚度的试片，然后按要求裁切至目标直径。平行板夹具需预先调整至试验温度，试样装夹后进行修整，确保试样边缘规整、与夹具充分粘结。试样安装完毕后，需在试验温度下进行充分的热平衡，方可施加振荡荷载。试验阶段采用应变控制模式，在规定的角频率（通常为10rad/s）和应变水平下施加振荡剪切。系统自动记录应力-应变响应，计算G*与δ值。对于低温条件下的测试，标准允许采用分段升温测试的方式，以在升温过程中连续获取不同温度点的数据，从而构建完整的流变性能主曲线。3.4数据处理与报告标准要求记录并报告以下关键数据：试验温度、试验频率、应变控制水平、复数剪切模量G*、相位角δ，以及由G*和δ计算得到的储能模量G'（弹性部分）和损耗模量G''（粘性部分）。G'和G''可通过以下关系式计算：G'=G*·cosδG''=G*·sinδ储能模量反映材料在变形过程中储存并释放弹性能的能力，而损耗模量则反映材料以热能形式耗散能量的能力。这两个参数对于沥青结合料在路面服役过程中的能量耗散行为分析具有重要的物理意义。试验报告还需要提供明确的温度-参数数据表，以及必要的试验条件说明，包括老化状态、平行板尺寸、间隙设定值等。标准还鼓励但未强制要求报告疲劳因子G*·sinδ和车辙因子G*/sinδ等衍生参数，以便与PG分级体系直接对接。四、标准的技术创新与应用价值ASTMD8667-2026标准的发布具有多方面的重要意义。从国际标准体系来看，该标准与EN14770（欧洲沥青结合料DSR试验标准）及我国JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0628试验方法相互补充、相互印证，为全球范围内的沥青流变性能评价提供了更具统一性的技术框架。该标准的创新性体现在三个方面。第一，温度适配范围的实质性拓展。该标准将DSR的适用温域有效延伸至中低温区间，通过合理的试验参数调整实现了从高温到低温的连续流变测试，消除了沥青材料在性能评价中的“试验方法断裂带”，使得沥青在全温域内的流变行为可以采用统一的测试平台进行表征。这种统一性不仅提高了数据的可比性，还显著降低了多设备测试带来的系统偏差。第二，数据采集精度的有效提升。标准对低扭矩条件下的数据采集策略进行了规范，明确了传感器精度要求和数据平均处理方法。在低温高模量区间的测试精度对于准确获取材料的玻璃化转变行为和松弛特性至关重要。高精度的数据采集使得研究人员能够更为精细地解析沥青在低温阶段的粘弹性转变过程，对于深入理解沥青低温开裂机理具有直接的推动作用。第三，与性能分级体系的有机衔接。该标准产生的G*、δ、G'、G''等参数可直接用于沥青PG分级的中低温指标评定，尤其可用于计算疲劳因子G*·sinδ。标准的实施为PG分级体系中中温疲劳参数的测定提供了更为规范、可靠的方法依据，有望减少因试验方法差异导致的分级判定争议。五、主要参与单位及标准制定过程ASTMD8667-2026标准由ASTM国际标准组织下属的D04道路与铺装材料技术委员会（CommitteeD04onRoadandPavingMaterials）负责制定与归口管理。D04委员会是ASTM中历史最为悠久、影响力最大的技术委员会之一，其管辖的标准涵盖了沥青材料、集料、沥青混合料、路面结构等多个领域，全球有数百位来自政府机构、科研院所、高校和企业的专家参与其工作。在该标准的具体制定过程中，D04委员会下属的D04.43沥青结合料特性分技术委员会（SubcommitteeD04.43onAsphaltBinderSpecifications）承担了主要的起草工作。该分技术委员会汇集了全球沥青材料领域的顶尖专家，包括来自美国联邦公路管理局（FHWA）、各州交通厅（DOT）、知名高校（如德克萨斯A&M大学、威斯康星大学麦迪逊分校等）以及跨国企业（如Shell、ExxonMobil等）的代表。标准制定过程中先后经历了多轮工作组会议讨论、实验室间循环验证试验（RoundRobinTest）和公开征求意见阶段，充分吸纳了学术界和工业界的反馈意见。特别是在低温测试的重复性和再现性方面，组织方开展了多轮次的循环试验，涉及多种沥青类型（包括基质沥青、SBS改性沥青和橡胶改性沥青），积累了大量的试验数据用于确定精密度声明。这一严谨的标准制定流程为D8667-2026的科学性和可操作性提供了有力保障。六、结论与展望ASTMD8667-2026标准的发布实施，是沥青结合料流变性能测试技术发展历程中的一个重要里程碑。该标准系统解决了传统DSR方法在中低温区间应用的技术障碍，建立了一套完整、规范的中低温流变性能测试程序，填补了国际标准化体系中该领域的空白。标准的实施将有力地促进沥青PG分级体系的进一步完善，提升沥青路面材料设计水平，对于延长路面使用寿命、降低全寿命周期成本具有重要的技术经济价值。展望未来，沥青结合料流变性能测试技术将朝着一体化、智能化、精