改性沥青弹性恢复指标(橡胶沥青技术性能评价标准现状)

引言

橡胶沥青是一种由胶粉颗粒与基质沥青在高温状态下通过共混共融作用形成的两相混合体。胶粉颗粒与基质沥青在高温状态下充分混合，并吸收沥青中的轻质组分而溶胀，进而在胶粉颗粒表面形成沥青质含量较高的凝胶膜。溶胀后，胶粉颗粒的膨胀程度可达到0.73~1.78倍，其体积达到胶结料体积的近40%。胶粉颗粒之间通过凝胶膜连接，形成一个粘度很大的半固态连续相体系。由于橡胶沥青独特的作用机理，国内现行的沥青与改性沥青评价体系(针入度、软化点、延度指标体系)并不适合评价橡胶沥青技术性能。

近年来，随着橡胶沥青技术理论研究与工程实践的不断深入，国内橡胶沥青技术的应用逐步趋于成熟，相应的行业标准、地方标准以及技术指南相继出台。然而，相较于国外橡胶沥青评价标准，国内的评价标准仍具有一定的局限性。本文对比分析国内外橡胶沥青技术性能评价标准的现状，有助于更好地优化国内现有的评价体系，为更加科学合理地应用橡胶沥青技术打下坚实的基础。

国内外橡胶沥青评价体系现状

国外橡胶沥青技术性能评价体系

综合国外橡胶沥青应用较为广泛的国家对橡胶沥青技术指标的评价体系。

可知，国外大多数的国家和地区主要从粘度、针入度(或锥入度)、软化点以及弹性恢复4个方面对橡胶沥青技术性能提出要求。其中又以粘度作为控制橡胶沥青技术性能的最主要指标。

相较于基质沥青以及SBS、SBR类聚合物改性沥青，国外橡胶沥青评价体系中对于传统的延度以及老化后的技术指标并没有过多的要求。

国内橡胶沥青技术性能评价体系

国内对于橡胶沥青技术性能评价体系的研究，是对橡胶沥青在国内道路建设和养护工程中的可行性和合理性的研究基础上发展而来的。以交通部公路科学研究院主编的《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》为代表，一系列相应的行业标准、地方标准相继出台。为国内部分省市出台的橡胶沥青技术性能评价体系汇总。

可见，目前国内橡胶沥青技术指标评价体系是以粘度为主导，以传统聚合物改性沥青评价体系为基础，同时结合国内道路沥青实体工程的应用经验和理论研究成果，参考国外相关技术标准和规范而制定的。主要包括180℃粘度、25℃针入度、软化点、弹性恢复以及5℃延度这五大指标。

综合国内外主要国家和地区对于橡胶沥青技术性能评价体系的规定，可知用于评价橡胶沥青胶结料技术性能的主要指标为粘度、软化点、针入度、锥入度、弹性恢复(T0662)、回弹恢复(ASTMD5329)以及延度。而对于SBS、SBR等聚合物改性沥青中较为关键的离析试验并没有过多的要求，这主要是由橡胶沥青在工程实际中多为现改现用并短期搅拌存储这一特点所决定的。

此外，对基质沥青和聚合物改性沥青较为重要的一些指标，如老化后的质量变化、针入度比以及延度，大部分国家或地区的规范中并没有作出规定。这是因为，对于传统的沥青老化试验，多以老化盘(TFOT)或老化瓶(RTFOT)作为称样皿，在163℃的温度条件下通过提供一定量的热空气来模拟沥青的短期老化。试验过程中为保证沥青的均匀老化，需匀速转动称样皿，使其中的沥青混合均匀。然而，结合橡胶沥青自身的特性，其在175℃~190℃之间的粘度一般为1.5~5.0Pa·s，远大于SBS改性沥青在135℃温度条件下1.0~3.0Pa·s的粘度。故在163℃下进行橡胶沥青的老化试验时，橡胶沥青在称样皿中很难均匀混合；而提高橡胶沥青的老化温度，无疑增加了橡胶沥青脱硫降解的进程，最终导致老化后指标的衰变。再加上胶粉颗粒中含有较多的炭黑，具有较好的抗老化特性，故而在橡胶沥青技术性能评价标准体系中较少含有老化后的评价指标。

橡胶沥青单项评价指标现状

粘度

在现有反映沥青材料各种物理特性的评价指标中，粘度是最能反应橡胶沥青本质特性的指标。粘度不仅直接反映橡胶沥青的流动特性，也间接反映了橡胶颗粒在基质沥青中的相互作用情况。故而粘度指标很大程度上代表了橡胶沥青胶结料质量的优劣，也是橡胶沥青生产过程中质量控制和检测频率最高的性能指标。

对于橡胶沥青粘度的测试通常采用旋转法，使用Brookfield粘度计、Rion或Haake等手持式粘度计测定。旋转粘度用来监控橡胶沥青胶结料的流体的一致性，以保证其在工程应用中的可泵送能力，确保胶结料粘度的变化不至于影响橡胶沥青混合料的运输、摊铺、压实及使用性能。

粘度的测定转速

ASTMD6114中的A方法，即通过测定恒定剪切速率下的扭矩，确定非牛顿流体材料的表观粘度，宜采用Brookfield粘度计，测试温度为175℃。Rion或Haake粘度计在与Brookfield粘度计进行相关性检验后，可以进行粘度检测，但应以Brookfield粘度计为准。

美国SHRP计划建议采用Brookfield粘度计的SC4-27转子，选取20r·min－1的转速测定沥青的表观粘度。2004年JohnP.Zaniewski和MichaelE.Pumphrey编著的《沥青性能分级的设备和手册》中采用转速20r·min－1，测定135℃~165℃沥青的粘度，结果表明：SC4-27转子在20r·min－1转速下测定的粘度平行试验误差远大于7.3%，认为AASHTO推荐的20r·min－1转速针对的是粘度大于171mPa·s的沥青，同时根据仪器精度得出测量时扭矩应大于10%，因此提出SC4-27在20r·min－1转速条件下测量的粘度最小应为1250mPa·s。

2008年王旭东等在《橡胶沥青及混凝土应用成套技术》中，通过对比测定SC4-27转子旋转扭矩为50%时的粘度以及转速为20r·min－1的粘度，推荐采用4~5种不同转速进行粘度测定，绘制扭矩与粘度的关系曲线，通过内插得到50%扭矩条件下的粘度。

2010年西安公路研究院弥海晨等研究认为，粘度测试转速宜从大到小(较大的转速可缩短粘度稳定时间)。20r·min－1转速对应扭矩较小且精度不足，室内试验宜采用50%扭矩对应的粘度作为橡胶沥青的标准粘度；而在生产和施工过程中，可采用与50%扭矩粘度较为接近的转速粘度(一定转速条件下测定的粘度)代替。

综上所述，国内外对于采用Brookfield粘度计测定橡胶沥青粘度具有较为一致的结论，而对采用Brookfield粘度计测量时所采用的转速观点不一致。国外规范中较多采用20r·min－1条件下的粘度作为橡胶沥青的标准粘度，而国内则多以50%扭矩所对应的粘度作为橡胶沥青的代表粘度。

粘度的测定温度及技术要求

可知，国内外对于橡胶沥青粘度的测试温度要求，主要集中在175℃~191℃，粘度值的要求一般在1.5~5.0Pa·s之间。相较于国外不同地区对于橡胶沥青粘度测试温度要求的差异性，国内各省市对于橡胶沥青粘度的测试温度较为统一，均为180℃。

可知，对比SBS改性沥青粘度测试的温度，橡胶沥青粘度测试温度的选择更加侧重考虑以下两个方面。

(1)橡胶沥青的加工温度通常在175℃~191℃之间。

(2)对于胶粉掺量不少于15%(占胶结料总质量)的橡胶沥青而言，在175℃~191℃之间的粘度通常为1.5~5.0Pa·s，这个粘度状态下的胶结料的流动性可以满足施工和易性的要求。

这两个方面也是橡胶沥青混合料在拌和、摊铺、压实过程中的施工温度要求通常大于SBS改性沥青的原因所在。

软化点

软化点即物质软化的温度，主要指的是无定形聚合物开始变软时的温度。它不仅与高聚物的结构有关，而且还与其分子量的大小有关。环球法软化点是目前世界上普遍使用的沥青评价指标，也是中国道路沥青最常用的三大指标之一，其数值表达直观，且与路面发软变形的程度相关联。

可知，尽管国内外对于橡胶沥青胶结料软化点的要求略有不同，但基本为大于50℃或60℃。相较于国内对于70#、90#基质沥青软化点分别大于46℃或45℃而言，有一定程度的提升。

软化点是沥青在一定条件下的等粘温度。简而言之，软化点表征沥青材料等粘度下的温度，而等温粘度表征沥青材料等温度下的粘度，两者之间有着表征沥青材料高温性能的一致性。软化点越高，表明沥青的粘度越大，耐流动性越好。

基于上述论述，在以粘度指标为主的橡胶沥青技术性能评价体系中，由于橡胶沥青胶结料本身的特点，造成表观粘度的测定易产生较大的误差，而采用软化点作为辅助指标，可以更加准确地评价橡胶沥青的高温性能。

针入度与锥入度

针入度和锥入度试验用于评价沥青的软硬程度，两者具有一定的相似性，同时又有一定的差异性。针入度体现为针尖部位对沥青试样的剪切作用，沥青试样对标准针针体具有向上的阻力。而锥入度则为整个锥体对沥青试样的作用，锥尖部位体现出与针入度类似的剪切效应，且锥体对沥青试样还有向下的压应力。针入度试验是以沥青的抗剪效应来反应粘稠程度在评价沥青性能，而锥入度试验则既有抗剪效应又有抗压效应。

可知，国外对于橡胶沥青软硬程度的评价采用针入度或锥入度，具有一定的差异性。采用针入度评价橡胶沥青技术特性时，一般为25℃和4℃相结合的方式。其中橡胶沥青25℃的针入度指标与普通基质沥青或SBS改性沥青25℃的测试条件一致，而4℃的针入度通常采用200g的配重以及60s的作用时间。

在进行25℃的针入度试验时，由于橡胶沥青中胶粉颗粒固体核心的存在，针尖是否扎入胶粉颗粒之中会使试验结果具有较大的波动性。而在4℃温度条件下，沥青与胶粉模量的差别较小，增加配重、延长扎入时间可以减少胶粉颗粒对试验精度的影响。与此同时，低温下的针入度与沥青混合料的脆化点温度有较好的相关性，故采用4℃的针入度来评价橡胶沥青的技术性能，可以在一定程度上反应其低温抗裂性能。然而就试验设备而言，4℃的试验温度对于试验仪器的制冷效果精度要求更高，一定程度上增加了试验成本和操作难度。

结合橡胶沥青自身的特性，锥入度试验在评价沥青稠度及软硬时，更多的是对材料本身抗压特性或弹性特性的评价，因而更适于评价橡胶沥青，尤其是由30目或者更粗的胶粉制得的橡胶沥青。

可知，相较于表8中国外橡胶沥青软硬程度评价指标的多样性，国内较为一致地采用25℃针入度(100g，5s)进行评价。这种评价手段对于40目或更细的胶粉加工的橡胶沥青而言，其检测结果的变异性较小，而当胶粉粒径大于30目时则具有较大的变异性。

回弹恢复与弹性恢复

由于存在着通过凝胶体与沥青分子相连的固体核心，橡胶沥青不仅呈现出基质沥青与凝胶体的特性，而且也呈现出固体橡胶颗粒的特性，即良好的弹性特性，尤其是在毫米级的变形范围内有着较大的弹性。

评价胶结料弹性恢复性能的试验方法通常有弹性恢复试验(JTGE-20—2011，T0662)以及回弹恢复试验(ASTMD5329)两种，国内常用前者评价热塑性橡胶类聚合物改性沥青，而后者则是国外较为常用的橡胶沥青弹性恢复评价方法。

可知，对于橡胶沥青弹性特性的测试温度，国内外均采用25℃，这是由于在道路工程中，中温条件下更多地需要沥青材料的弹性特性。国外对于橡胶沥青的回弹恢复率要求一般为大于15%，而国内对于弹性恢复率的要求一般大于50%。两者在数值上的差异与其测试方法有关。

对于弹性恢复试验，主要体现材料的抗拉伸恢复能力，这种拉伸恢复能力更大程度上与基质沥青和橡胶粉的相容性有关。回弹恢复试验更多地体现材料的抗压恢复能力，与弹性恢复试验有着较为本质的区别。相较于抗拉伸恢复能力，橡胶沥青混合料更多地需要胶粉颗粒的抗压恢复能力。从这个角度来说，回弹恢复试验对橡胶沥青混合料弹性特性的表征更为有效。

延度

路用沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直到断裂的长度。由于其再现性不好，国内外尚存在不同的看法。但大都认为沥青的延度与沥青路面的使用性能有一定的相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切。基于沥青延度试验具有试验简便、测试快速等优点，以及对沥青中的蜡含量起到一定的限制作用，国内沥青评价体系一直将其延续至今。

可知，国内对于橡胶沥青延度的测试与SBS改性沥青相一致，但对其技术指标的要求通常为大于5cm或10cm。

橡胶沥青作为一种非均质的固液两相材料，它的延伸能力远不如单相的沥青材料，更不像SBS改性沥青那样被拉得很长而不断裂。国外一般不采用延度评价橡胶沥青的低温性能，认为进行橡胶沥青5℃延度测试时，自由沥青的大变形能力和橡胶颗粒低流动能力的矛盾趋于尖锐，会诱发橡胶颗粒与沥青界面的应力集中，造成断裂迅速发生，导致橡胶沥青的低温延度很小。

从材料组成的本质而言，橡胶沥青更加侧重的是通过胶粉颗粒的溶胀发育吸收基质沥青中的轻质组分，增加沥青的粘稠程度。同时胶粉颗粒固体核心的存在又使得沥青具有良好的弹性特征，但这种弹性特性并不能有效地增加沥青在低温下的延伸特性。而SBS等聚合物改性沥青则侧重于形成空间凝胶网络，在低温下具有较好的延伸特性。因此，相较于其他聚合物改性沥青，通过延度检测来评价橡胶沥青在低温下的技术特性具有一定的局限性。

结语

橡胶沥青以其独特的固液两相混融状态，与SBS、SBR等聚合物改性沥青有较为显著的不同，其自身的独特性决定了橡胶沥青评价标准的特殊性。相较于传统沥青的三大指标评价体系而言，橡胶沥青的评价体系更多地体现出粘度指标的主导地位。

(1)尽管国内外对于橡胶沥青技术性能评价指标体系存在一定的差异，但对以粘度为主导的认识是一致的。然而，对于粘度的测定条件存在一定的差异性。不同的粘度测定温度与各国家或地区的橡胶沥青加工温度和施工温度等工程应用实践有较为密切的联系。对于橡胶沥青Brookfield粘度测定所采用的转速，国外多采用20r·min－1，而国内多以内插50%扭矩对应的粘度作为橡胶沥青的代表粘度。以转速标准测定粘度，其物理意义更加明确；而采用扭矩标准测试粘度，结果的保证率更高。

(2)软化点作为等粘条件下温度的反映，与等温条件下的粘度结果具有较高的相关性，在国内外橡胶沥青技术性能评价体系中均占有一席之地。但是，由于软化点对橡胶沥青胶结料特性的敏感程度低于粘度指标，其更多地在评价体系中作为橡胶沥青高温性能的辅助评价指标。

(3)相较于国内较为一致的采用25℃针入度(100g，5s)来评价橡胶沥青的软硬程度，国外对于橡胶沥青该项特性的评价存在针入度和锥入度两种评价手段。采用25℃针入度评价橡胶沥青时多采用4℃针入度(200g，60s)作为辅助指标。25℃的锥入度(150g，5s)在评价橡胶沥青胶结料软硬程度的同时，在一定程度上也能表现出橡胶沥青胶结料中胶粉颗粒固体核心的弹性特性。

(4)对于橡胶沥青胶结料弹性特性，国内多采用弹性恢复试验(T0662)表征，而国外则以回弹恢复试验(ASTMD5329)来评价。弹性恢复试验更多地评价橡胶沥青拉伸后的弹性恢复能力，这种方式的弹性特性的评价更多地停留在对于SBS、SBR等聚合物改性沥青弹性特性的评价。而回弹恢复试验更多地考虑橡胶沥青中胶粉颗粒的抗压回弹特性，能较好地表现出橡胶沥青自身的弹性特性。

(5)国外在橡胶沥青的技术评价中基本不采用延度指标，而国内则多以5℃延度作为橡胶沥青胶结料低温特性的评价指标。这与国内多采用5℃延度评价SBS等聚合物改性沥青的低温特性有关。