沥青低温性能评价指标的灰色关联度分析基本信息

结果表明，沥青的韧性比和15℃针入度与梁弯曲蠕变试验指标具有较高的关联度，能反映改性沥青和老化沥青的低温性能。研究结果可供低温地区选择沥青结合料时参考。

道路工程；灰色关联；沥青混合料；低温抗裂性；

Grey Relation Analysis of Low-temperature Performance Indexs of Asphalt Binder

Huang Bing Yan Kezhen Lin Feng

College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha Hunan 410082

Abstract: The evaluation methods of anti-cracking performance of asphalt at low temperature are not unified. In order to reduce the pavement cracking, it is very important to find out the uniform evaluation index. This paper adopts the theory of grey relation degree to evaluate the low-temperature performance index of asphalt binder. The results show that it is feasible to take the toughness ratio or asphalt penetration index as the main index to evaluate low—temperature performance of asphalt binder. The results are important to reduce shrink cracking of asphalt pavement.

Key words: highway engineering; grey relation analysis; asphalt mixture; low-temperature anti-cracking performance2100433B

物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一，但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响，由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。本项目系统研究了不同沥青在物理硬化作用后的低温性能演变规律，从影响沥青路面低温抗裂性能的材料性能角度提出了能够综合考虑到沥青材料模量及松弛能力的综合指标Sm，并发现综合评价指标Sm与单边缺口小梁（SENB）试验的评价指标有着很好的线性相关性。因此，在无法开展单边缺口小梁（SENB）试验时，可采用Sm作为评价指标预估沥青材料的低温抗裂性能。基于弯曲梁流变试验发现温度及物理硬化时间对沥青材料的物理硬化程度均有显著的影响。但对温度各沥青材料的物理硬化影响趋势并不一致，而是存在某一临界温度使物理硬化程度最为剧烈。发现沥青材料的物理硬化可以发生在温度高于玻璃态转化点温度条件下，表明沥青材料的物理硬化特性与PVC等高分子材料的物理硬化特性有明显的差异。通过对沥青物理硬化特性的分析发现，沥青物理硬化速率是自减速的负反馈的过程，并基于“自由体积”理论，阐明了物理硬化对沥青材料低温性能影响机理。基于时温等效原理，建立了不同物理硬化条件下的模量主曲线；通过对物理硬化后的劲度模量主曲线分析发现，物理硬化作用存在一个临界时间，当物理硬化作用时间大于临界时间t0时，时间的增加对物理硬化程度的增加就不再显著。通过对对物理硬化时间与移位因子关系曲线进行深入分析，定义了曲线的关键区间（Key zone，KZ）和从属区间（Subordinate zone，SZ）。并提出利用关键区间（Key zone，KZ）的斜率作为表征沥青材料抗物理硬化的性能指标。项目的研究成果对于沥青基材料低温条件下力学行为的研究具有重要的理论和实际意义，而且对其它高分子材料的相关研究也具有一定的推动作用。此外，项目的研究成果对于缓解沥青基材料在寒冷地区低温开裂病害具有一定的指导意义。 2100433B

物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一，但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响，由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。针对上述问题，本项目将从物理硬化作用下沥青材料的微观特征演变规律入手，详细分析物理硬化作用后沥青分子弛豫模态、分子构象及微观体积特征变化规律；运用断裂力学、流变力学原理，研究物理硬化作用下沥青材料宏观力学行为特征，结合微观、宏观试验结果，阐明沥青材料微观结构变化与宏观力学行为的内在联系，并构建物理硬化作用下沥青材料温度应力本构模型；基于上述结果，提出考虑物理硬化效应的沥青材料低温性能评价指标。.本项目的研究将揭示物理硬化对沥青材料低温性能影响机理，为准确评价沥青材料低温性能提供理论依据，对于研发路面低温抗裂材料具有一定的参考意义，对于路面计算力学和材料学科的发展也有一定的推动作用。

《沥青混合料低温抗裂性能评价方法》（GB/T 38948-2020）规定了评价沥青混合料低温抗裂性能的试验设备、准备工作、试验步骤、计算、试验报告。该标准适用于公称最大粒径不大于26.5mm的各种热拌、温拌、冷拌沥青混合料。