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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 针入度试验 针入度能够反映沥青的黏稠、软硬程度以及高温稳定性和低温抗裂性能，是我国划分沥青标号的指标。针入度越大，表明沥青越软，即高温性能不足。不同掺量的复合改性沥青的针入度如图1所示。从图1可以看出：不同掺量的复合改性沥青的针入度值皆小于BA和SBS，这表明复合改性沥青的高温稳定性优于BA和SBS。原因在于：脱硫胶粉、SBS改性剂会吸附沥青中轻质组分，发生溶胀反应。在高温高速剪切作用下，脱硫胶粉、SBS改性剂均匀地分散在沥青中，与沥青形成三维网络结构，这种网状结构限制了沥青的流动，沥青的粘稠度增大，针入度下降，表现为复合改性沥青变硬 [ 22 ]，高温稳定性增强。 当脱硫胶粉掺量一定时，随着SBS改性剂掺量的增加，复合改性沥青的针入度值逐渐减小，这说明添加SBS改性剂可以使其与沥青形成三维网络结构，有效地提高了复合改性沥青的高温稳定性。同理，添加脱硫胶粉也可以有效改善复合改性沥青的高温稳定性，但改善效果不如SBS改性剂明显。 图1. 不同掺量的复合改性沥青的针入度值 3.2. 延度试验 延度既反映了沥青路面的低温抗裂性能，也间接反映了沥青的黏度和剪切敏感性。延度值越大，沥青塑性越好，低温性能越好。不同掺量的复合改性沥青的延度值和规范要求的复合改性沥青的延度值分别如图2和表3所示。 由图2可以看出：SBS改性剂和脱硫胶粉的加入显著提高了复合改性沥青的5℃延度值，这表明各掺量复合改性沥青的低温性能和塑性要远大于BA，并且接近SBS的水平。原因在于：低温条件下，沥青分子间的相互作用明显减弱，表现为基质沥青延度下降，而SBS改性剂在低温下依然具备良好的变形能力。受到外力作用时，虽然沥青变形能力不足，但是两种改性剂与沥青的网络交联结构可以沿着力的方向产生形变，同时脱硫胶粉的良好弹性有效地消散应力，SBS改性剂和脱硫胶粉将代替沥青成为形变的主要承受对象，因此沥青的延度随SBS改性剂、脱硫胶粉掺量增加不断增大。但当SBS改性剂、脱硫橡胶粉含量过大时会吸收沥青中过多的轻质组分，导致SBS和脱硫胶粉溶胀不充分，使复合改性沥青的低温延度有所下降 [ 22 ]。通过与表3和规范值相比，仅有R12、R15、R18这3种脱硫胶粉改性沥青和R12S1、R12S2这两种复合改性沥青不满足规范要求，其余大部分复合改性沥青均超过规范要求。 图2. 不同掺量的复合改性沥青的延度值 Table 3 The ductility value of the composite modified bitumen as required by the specificatio 规范 延度(5℃)/cm 《JTG F 40-2004公路沥青路面施工技术规范》 ≥20 《JT∕T 798-2019路用废胎胶粉橡胶沥青》 ≥20 表3. 规范要求的复合改性沥青的延度值 当SBS改性剂掺量一定时，随着脱硫胶粉掺量的增加，复合改性沥青的延度值逐渐增加，这说明添加脱硫胶粉可以有效地消散应力，使其代替沥青成为形变的主要承受对象，起到改善复合改性沥青低温性能的效果。同理，添加SBS改性剂也可使复合改性沥青的延度值有增大的趋势，但对其低温性能的改善不如脱硫胶粉明显。 3.3. 软化点试验 软化点所表征的是沥青的黏度、高温稳定性以及温度敏感性，是评价沥青性能的重要指标。在一定范围内，软化点越高表明沥青的高温稳定性越好。不同掺量的复合改性沥青的软化点如图3所示。从图3可以看到：各复合改性沥青的软化点均大于BA，这表明两种改性材料显著提高了复合改性沥青的高温稳定性。原因在于：在高温和高速剪切的共同作用下，SBS改性剂、脱硫胶粉被均匀地分散在沥青中，两种改性剂吸收轻质油分发生溶胀，导致沥青中胶质和沥青质的相对含量升高，使复合改性沥青更加黏稠，从而引起软化点升高 [ 22 ]。 其中，当脱硫胶粉掺量一定时，随着SBS改性剂的增加，复合改性沥青的软化点有逐渐增大的趋势，这表明添加SBS改性剂可以改善复合改性沥青的高温稳定性。而当SBS改性剂掺量一定时，随着脱硫胶粉掺量的增加，复合改性沥青的软化点呈现先降低后增加的趋势，并且SBS改性剂掺量一定，脱硫胶粉掺量为12%、18%的复合改性沥青的软化点相差不多。这说明脱硫胶粉掺量过多会导致其在沥青中溶胀不充分，无法充分发挥作用。若考虑经济因素，可以考虑选用脱硫胶粉掺量12%的复合改性沥青。 图3. 不同掺量的复合改性沥青的软化点值 3.4. 布氏黏度试验 Table 4 Results of linear analysis of viscosity and temperature of composite modified bitumen with different dosag 样品简称 回归方程 R 2 黏温指数(VTS) R12 y = −2.5108x + 7.0514 R 2 = 0.9961 2.5108 R12S1 y = −2.2736x + 6.4528 R 2 = 0.9904 2.2736 R12S2 y = −2.1074x + 6.0395 R 2 = 0.9992 2.1074 R12S3 y = −1.6576x + 4.8821 R 2 = 0.9164 1.6576 R15 y = −2.2977x + 6.5155 R 2 = 0.9997 2.2977 R15S1 y = −2.0233x + 5.8184 R 2 = 0.9990 2.0233 R15S2 y = −1.8633x + 5.42 R 2 = 0.9895 1.8633 R15S3 y = −2.1776x + 6.2596 R 2 = 0.9840 2.1776 R18 y = −2.1824x + 6.2372 R 2 = 0.9985 2.1824 R18S1 y = −1.7841x + 5.2176 R 2 = 0.9961 1.7841 R18S2 y = −2.1565x + 6.2021 R 2 = 0.9974 2.1565 R18S3 y = −1.9932x + 5.7956 R 2 = 0.9833 1.9932 BA y = −3.3814x + 9.2189 R 2 = 0.9998 3.3814 SBS y = −2.966x + 8.2658 R 2 = 0.9991 2.9660 表4. 不同掺量的复合改性沥青的黏度与温度线性分析结果 图4. 不同掺量的复合改性沥青分别在120℃、140℃、160℃、180℃下的黏度 布氏黏度试验主要是测试沥青的高温性能和粘结性能。不同掺量的复合改性沥青分别在120℃、140℃、160℃、180℃下的黏度如图4所示。从图中可以看到：在脱硫胶粉(或SBS改性剂)掺量一定的情况下，随着SBS改性剂(或脱硫胶粉)掺量的增加，复合改性沥青在4种温度(120℃、140℃、160℃、180℃)下的旋转粘度都有不同程度的增大，其中120℃和140℃时的旋转粘度增幅比较明显，这表明加入两种改性材料后，沥青中胶质和沥青质含量增多，复合改性沥青更加黏稠，从而导致其粘结性增大，有效改善了沥青的高温性能。 图5. 不同掺量的复合改性沥青的黏温指数(VTS) 复合改性沥青是一种典型的温度敏感型材料，由图中可以看到，当脱硫胶粉、SBS改性剂掺量一定时，随着温度的升高，各复合改性沥青的黏度逐渐下降，可以采用黏温指数(VTS)来进一步评价不同掺量下复合改性沥青的温度敏感性。 对黏度取双对数、开氏温度取对数进行线性分析，可以得到各掺量情况下的线性回归方程，其中回归方程斜率的绝对值便是黏温指数(VTS)。除针入度指数外，道路工程中常用黏温指数(VTS)评价沥青的温度敏感性，VTS值越小，说明黏度随温度的变化幅度越缓，则该复合改性沥青的感温性越好。不同掺量的复合改性沥青的黏温指数(VTS)如表4、图5所示。 由表4、图5可以看出，R12S3、R15S2、R18S1、R18S3这4组复合改性沥青的感温性较好。 3.5. 动态剪切流变试验 3.5.1. 复数剪切模量变化规律 复数剪切模量G*是材料重复剪切变形时总阻力的度量，包括两部分：实数部分储存弹性模量和虚数部分损失弹性模量。复数剪切模量G*表征了沥青抵抗变形的能力，其值越大，沥青抵抗变形的能力越强。不同掺量的复合改性沥青的复数剪切模量结果如表5所示。对复数剪切模量取对数，舍去下降幅度比SBS大的R12S1、R12S2、R15S1这3种复合改性沥青的曲线后，得到图6。 由图6可见，各复合改性沥青的复数剪切模量均随着温度的升高而逐渐降低，并且不同温度下的各复合改性沥青的复数剪切模量均大于BA，这表明复合改性沥青抵抗变形的能力和高温稳定性比BA更强。这是因为随着SBS改性剂、脱硫胶粉的加入，其与沥青之间形成网络交联结构，沥青中沥青质和胶质含量逐渐增多，黏度增大，导致复合改性沥青的高温性能变强，加之脱硫胶粉有良好的弹性，可有效抵抗变形。 Table 5 Results of complex shear modulus of composite modified bitumen with different dosag 样品简称 温度/℃ 40 46 52 58 64 70 76 82 88 R12 94.97 55.20 29.23 14.56 7.08 3.53 1.83 1.06 0.59 R12S1 137.81 83.84 44.44 23.18 12.09 6.05 3.15 1.68 1.01 R12S2 147.73 90.16 49.64 26.63 14.13 7.80 4.09 2.16 1.28 R12S3 155.60 96.77 54.49 30.20 16.92 9.38 5.12 2.97 1.79 R15 94.89 56.46 30.90 16.37 8.62 4.51 2.41 1.45 0.85 R15S1 136.15 83.36 46.13 24.79 13.52 7.10 3.78 2.04 1.24 R15S2 150.62 94.63 51.37 28.24 15.02 8.21 4.53 2.47 1.53 R15S3 156.02 99.22 54.72 30.50 16.89 9.32 5.25 3.08 1.83 R18 97.86 62.17 33.87 18.48 10.27 5.56 3.19 2.00 1.21 R18S1 140.03 84.97 48.11 26.47 14.35 7.76 4.32 2.60 1.53 R18S2 139.62 90.09 50.40 28.78 16.35 9.31 5.59 3.10 1.97 R18S3 158.71 98.74 58.20 33.08 19.24 11.08 6.45 3.95 2.25 BA 80.89 42.10 19.06 8.16 3.62 1.55 0.76 0.37 0.19 SBS 118.04 70.54 39.05 21.51 12.12 6.71 3.80 2.38 1.42 表5. 不同掺量的复合改性沥青的复数剪切模量结果 与SBS相比，R12S3、R15S2、R15S3、R18S1、R18S2、R18S3这6种复合改性沥青的变化幅度相对较小，其高温稳定性和抵抗变形的能力要优于SBS，其中R18S3复合改性沥青的变化幅度最小，性能最优。 图6. 不同掺量的复合改性沥青的复数剪切模量变化 3.5.2. 相位角变化规律 相位角δ是由于材料粘性成分的影响，当对材料输入正弦应力与产生的正弦应变响应不同步，滞后一个角度而产生的。反映了沥青胶结料的弹性与粘性的成分比例。在高温条件下，δ越大，沥青黏性成分越大，反之δ越小，表明该材料弹性成分所占比例较大，即有较好的抵抗高温变形能力。不同掺量的复合改性沥青的相位角变化如图7所示。 图7. 不同掺量的复合改性沥青的相位角变化 由图7可见，相同温度下，不同掺量的复合改性沥青相位角不同，随着SBS改性剂、脱硫胶粉掺量的增加，相位角δ呈减小趋势。这说明SBS改性剂、脱硫胶粉在高温和剪切作用下均匀分散在沥青中，形成网络交联结构，限制了沥青的流动，并且脱硫胶粉具有一定的弹性，从而增强了复合改性沥青抵抗永久变形的能力。复合改性沥青的相位角δ显著小于BA，说明复合改性沥青比BA具有更好的弹性恢复性能。在低于64℃温度状态下，各复合改性沥青的弹性恢复能力高于SBS；当温度高于64℃时，R18S2和R18S3的高温弹性恢复性能与SBS相当。 3.5.3. 车辙因子变化规律 车辙因子G*/sinδ是沥青高温性能的评价指标，其值越大，沥青的高温抗车辙性能越强。不同掺量的复合改性沥青的车辙因子计算结果如表6所示。将车辙因子取对数，舍去变化幅度比SBS大的R12S1、R12S2、R15S1、R15S2这4种复合改性沥青的曲线后，得到图8。 由表6和图8可看出，各复合改性沥青的车辙因子均随温度的增加而逐渐减小。其中SBS和9种复合改性沥青的车辙因子比BA、R12、R15的车辙因子要高，说明复合改性沥青的高温稳定性要比BA、脱硫胶粉改性沥青的高温稳定性更强。原因在于：SBS改性剂、脱硫胶粉在高温和高速剪切的共同作用下被均匀分散在沥青中，可使沥青中胶质和沥青质含量增多，有利于在沥青内部形成三维网络结构，限制沥青的流动，从而增强沥青的高温稳定性，并且脱硫胶粉具有一定的弹性，可以消散应力、抵抗形变，有效增强了沥青的高温抗车辙能力。 与SBS相比可以发现：R12S3、R15S3、R18S1、R18S2、R18S3这5种复合改性沥青的变化幅度相对较小，其高温稳定性能比SBS更优。其中，R15S2复合改性沥青的高温稳定性能和SBS基本相当，R18S3复合改性沥青的高温稳定性能最优。 Table 6 Results of rutting factor of composite modified bitumen with different dosag 样品简称 温度/℃ 40 46 52 58 64 70 76 82 88 R12 102.87 59.53 31.18 15.30 7.34 3.62 1.86 1.07 0.60 R12S1 153.24 93.16 49.48 25.65 13.20 6.47 3.33 1.76 1.05 R12S2 167.36 102.38 56.10 29.99 15.86 8.57 4.44 2.32 1.37 R12S3 178.68 111.89 63.66 35.28 19.50 10.64 5.66 3.23 1.94 R15 105.33 62.70 34.21 17.96 9.33 4.83 2.56 1.54 0.90 R15S1 153.58 94.41 52.43 27.94 14.95 7.62 3.98 2.11 1.27 R15S2 173.72 109.75 59.71 32.46 16.88 9.02 4.87 2.61 1.60 R15S3 183.25 117.31 64.90 35.77 19.42 10.49 5.80 3.36 1.98 R18 112.06 71.37 38.87 21.08 11.64 6.25 3.56 2.23 1.35 R18S1 162.13 98.90 56.07 30.46 16.17 8.53 4.65 2.76 1.60 R18S2 165.18 107.57 60.73 34.49 19.29 10.72 6.30 3.41 2.15 R18S3 190.96 120.01 71.80 40.72 23.36 13.12 7.39 4.43 2.49 BA 82.64 42.70 19.22 8.19 3.63 1.56 0.76 0.37 0.19 SBS 133.00 79.79 44.56 24.74 14.05 7.75 4.34 2.69 1.58 表6. 不同掺量的复合改性沥青的车辙因子结果 将车辙因子与温度进行拟合，分析各复合改性沥青的感温性，抗车辙因子随温度变化趋势可用如下公式表示： G ∗ sin δ = A e B T 式中：G*/sinδ为车辙因子，KPa；T为温度，℃；A、B为回归系数。 B的绝对值越小，表明复合改性沥青的感温性越小。不同复合改性沥青的抗车辙因子与温度回归结果见表7。 由表7可以看出，不同掺量的复合改性沥青的车辙因子的感温性不同。总体来看，在脱硫胶粉(或SBS改性剂)掺量一定的情况下，复合改性沥青抗车辙因子的感温性随着SBS改性剂(或脱硫胶粉)掺量的增加而减小。这说明在高温、高速剪切的作用下，添加两种改性剂可以使沥青内部的沥青质和胶质增多，促使在沥青内部形成三维网络结构，限制了沥青的流动，在降低沥青感温性的同时也增强了复合改性沥青的高温稳定性、抗永久变形能力。R12S3、R15S2、R18S1、R18S2、R18S3这5种复合改性沥青和SBS的感温性小，高温稳定性能优。 Table 7 Fitting results of rutting factor (G*/sinδ) and temperature of composite modified bitumen with different dosag 样品简称 拟合数据 方程 A B R 2 R12 y = 9324.6e −0.112x 9324.6 −0.112 R 2 = 0.9985 R12S1 y = 12826e −0.109x 12826 −0.109 R 2 = 0.9989 R12S2 y = 11501e −0.104x 11501 −0.104 R² = 0.9994 R12S3 y = 9558.5e −0.098x 9558.5 −0.098 R 2 = 0.9994 R15 y = 6712.2e −0.103x 6712.2 −0.103 R 2 = 0.9988 R15S1 y = 10833e −0.104x 10833 −0.104 R 2 = 0.999 R15S2 y = 11081e −0.102x 11081 −0.102 R 2 = 0.9991 R15S3 y = 9865.7e −0.098x 9865.7 −0.098 R 2 = 0.9993 R18 y = 5313.1e −0.096x 5313.1 −0.096 R 2 = 0.9985 R18S1 y = 9205.8e −0.1x 9205.8 −0.1 R 2 = 0.9992 R18S2 y = 7573.6e −0.094x 7573.6 −0.094 R 2 = 0.9993 R18S3 y = 8253.1e −0.093x 8253.1 −0.093 R 2 = 0.9996 BA y = 16084e −0.131x 16084 −0.131 R 2 = 0.9988 SBS y = 5909.4e −0.095x 5909.4 −0.095 R 2 = 0.9994 表7. 不同掺量的复合改性沥青车辙因子(G*/sinδ)与温度拟合结果 图8. 不同掺量的复合改性沥青的车辙因子变化