在SHRP性能分级系统中沥青和聚合物改性沥青的分级外文翻译资料

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在SHRP性能分级系统中沥青和聚合物改性沥青的分级

引言

目前，在世界上的大多数国家中，沥青是根据一些传统的，经常是经验性的试验来分级。例如，在英国，渗透性和软化点一直是分级系统的基础。在其他地方，像黏度这样的基本性质也被使用。从历史的角度上看，这些规范提供了一种可靠的分级方法，并且为学术权威，专家，沥青供应商和道路承包商所熟悉。基于这些特性，沥青供应商已经建立了不同的沥青将如何符合这些规范的经验。这其中包括了发展从多样的原油中生产优质沥青的专业知识。

在1997年，一个非常不同的沥青分级系统被引入美国。这是战略性公路研究项目的其中一个重要产出，是基于沥青的一些基本的，流变学的性质。在这个系统中，沥青是由两个数字，如“64-28”，“58-22”等分类，而不是通过像在25℃下的渗透性（例如70或100）分类。这些数字的第一个是沥青高温性能的象征，第二个涉及其低温性能。这种性能等级（PG级）可以被认为是粘合剂的塑性范围的一种类型。这样一个基本的分级制度同时适用于未改性沥青和特种产品，例如聚合物改性沥青（PMBs），应该有好处。然而，它显然不是沥青与沥青工业所熟知的分类。同样的，对于已经被开发出来的，在如何制造符合SHRP分级的沥青的经验，还为时过早。

本文描述了为SHRP等级所确定的一些沥青（覆盖广泛的等级并由各种各样的原油通过不同的制造路线所生产）的工作，来看看它们如何适应这种分级系统。它也描述了聚合物改性沥青的益处在系统中是如何被量化的。最后，对于改性沥青，与传统沥青做了一个比较，通过经验特性与新的SHRP等级来确定两个系统之间是否有关联。

传统的沥青规范

传统的沥青规范往往是基于经验测量，例如渗透性，软化点，或流变测量，在固定的高温下，例如黏度为60温度在135℃。

图1在CEN规范下的渗透性与软化点

这样的规格可以以图形的方式显示。图1显示了一个渗透性与环软化点及球软化点的测算表，并且包括了传统的铺路级沥青的等级范围，由被提议的欧洲CEN规范中得来。这是沥青供应商生产沥青的目标，沥青的性质随着各自的等级列入规格框内。超出这些分级框左边（即在给定的渗透性下有低软化点）的沥青，往往是高温敏感的劣质沥青。

SHRP沥青规范

SHRP沥青规范为了用于密集混合磨耗层的沥青专门发展，在本质上变得基础，应适用于未改性和改性沥青（例如（1））。SHRP沥青分级图的一部分如表1所示。

表1由SHRP沥青分级系统提取

这些规范的目的是为了解决沥青混凝土的三个主要失效机制，其在美国最常用在密集混合料中。如下所示：

·高温永久形变（车辙）

·中间温度下的疲劳

·低温下的脆性断裂

·该规范还包括泵送和处理的要求（在135℃下的粘度）和闪点规范。疲劳失效和低温下的脆性断裂都趋于在较旧的路面产生。因而该规范包括测量。

·58℃是最大的“设计”路面温度。10rad/秒下的G*/sind在未老化的情况下必有最小值1KPa，在RTFOT后2.2KPa（使用动态剪切流变仪测定）。要在抗车辙性上表现良好，沥青应为刚性（高G*）。

·-16℃是最小的路面温度。在-6℃（10℃是为了加速实验室测试），沥青在300MPa必定有最大刚度，通过RTFOT与PAV后，有最小值为0.3的m值。两者都采用弯曲梁流变仪测定（BBR）。

同时符合这两个标准的沥青将不那么硬，并且能够在低温更好地释放聚集的热应力。（如果沥青在300-600MPa范围内有刚度，又通过m值的标准，可以采用直接拉伸试验仪进行进一步测试。）

进一步的DSR测量需要在中间温度下计算疲劳参数（G*sind在10 rad/s）。对于PG58-16级，它是在25℃下测量（表1）。一个最大值是指定的，即SHRP提出，更兼容又有弹性的沥青的使用，有助于解决疲劳开裂的问题。

总而言之，传统规范和SHRP规范之间的主要区别是：

这些规范的目的是为了解决沥青混凝土中三个主要失效机理，在美国其为最常用的密集混合料。如下所示：

·传统的规范不管等级都在固定的条件下进行试验，测得的参数必有一个确定的值以符合一个等级。

·SHRP规范进行测试的条件（温度）由等级决定。无论等级测量的参数必须满足一个固定的值。例如，为了满足PG-64级，在64℃ G*/sind 必有1KPa（未老化）的最小值。

基于性能的规范的好处

传统的规范是基于未改性沥青的经验上发展。然而，随着轴载重的出现和不断增加的交通密度，PMBs和其他专业沥青的使用越来越多。结果是，当经验的特性用作性能的指示，对于改性沥青来说这种联系并不总是有效。由英国石油公司（2）的工作表明，虽然对于大多数沥青来说，软化点是很好的抗车辙性指标，但是在沥青测试中存在有高软化点却表现得不如预期的异常值。对于许多沥青，包括PMBs，SHRP推荐的参数被发现能更好地预测车辙性能。

在低温下，弗拉斯脆点被发现接近于混合断裂温度。但是，这种测量方法的缺点包括对于手动和自动的测试方法而言，有相对较差的可重复性和再现性。对于一些PMBs，检测沥青层裂缝的困难已经被报道。（3,4）中的工作报告展示了由两个不同实验室获得的BBR数据具有良好的重复性和再现性，而且BBR数据和混合断裂温度间有良好的相关性。对SHRP疲劳参数也进行了研究。这确认了G*sind值越小，混合料疲劳寿命越好的大趋势。然而，这个参数不如那些指定在高温或低温条件下，用于鉴别不同沥青的混合性能的参数。

在这些工作的基础上，看来沥青的流变测量可作为混合料性能指标，例如那些包含在SHRP规范中的。它们具有似乎同样适合未改性沥青和特种产品的优势，并可用来比较给定混合料的沥青。

材料与试验方法

为了比较SHRP分级系统与其他更多熟知的参数，大量的沥青进行了流变学表征。总共有25种沥青进行了测试，10种未改性铺路级沥青，15种特种沥青包括PMBs。

沥青特征

铺路级沥青被选来覆盖一系列的等级，并用不同的生产工艺从各种原油中制造。为了覆盖一系列的流变特性，PMBs基于许多不同的基质沥青，并且包括不同的聚合物类型（弹性和塑性）和浓度。不是PMBs的特种产品也包括其中。

测试方法

所有的沥青特征（未老化）测量都是使用标准的实验测试方法，例如针入度（IP 49）和软化点（IP 58）。流变试验上的进一步细节，由下面给出。

动态剪切流变仪

经过RTFOT（as2341.10）和RTFOT、PAV后（100℃），采用动态剪切流变仪（DSR）的测试在未老化的沥青中进行。采用平行板测试几何形状适用于测试刚度范围。测量在1.6Hz下的一个温度范围内进行。指定的SHRP参数绘制为温度的函数，并且临界值产生的温度也被确定。例如，对于控制车辙的规范，在1.6HzG*/sind被绘制为温度的函数，有1KPa（未老化）的值的温度是确定的。

弯曲梁流变仪

所有的沥青都在RTFOT和PAV老化后进行BBR试验。至于DSR试验，测量在一定温度范围内进行（加载时间60s）。刚度和m值都绘制为温度的函数，并且临界值产生的温度也被确定。

SHRP等级的确定

虽然沥青的全部数据不包含在本文中，但用确定100pen沥青的SHRP等级的方法作为一个例子。

1.G*/sind1.6Hz = 1KPa （未老化）的温度是60℃。在RTFOT后，G*/sind1.6Hz = 2.2KPa在59.8℃。在两种情况下高温级都是PG 58（表1）。等级的其余部分由分级表的列决定。

2.在RTFOT、PAV后，S(60秒)=300MPa的温度是-19.7℃。m值=0.3的温度是-23.3℃。这两种标准都在-18℃实行。从表头可以看出，这相当于低温的PG-28级。

3.在RTFOT、PAV后，在18℃下G*.sind1.6Hz = 5000KPa 。从表1中的疲劳标准看，证实了是低温下的PG-28级。

最后，SHRP分级将100pen沥青定位PG58-28级，利用这种方法，所有沥青的SHRP等级都被确定。

定义临界温度和分级图

除了确定那些沥青的SHRP等级，上述分析也确定了一对临界值。上述例子中所用的100pen沥青，“高温临界值”被定义为与抗车辙性相关的两个标准（G*/sind³ 1KPa 在RTFOT前和G*/sind³ 2.2KPa在RTFOT后）所确定的较低的温度（即最坏情况）。在这个例子中将会是59.8℃。同样地，“低温临界值”是由BBR数据所确定的两个温度中较高的一个（即差），在这个例子中（-19.7-10=-29.7）℃。

定义每个沥青的这些参数使SHRP等级能够以类似于针入度/软化点规范的方式用图像显示。图2展示的是高温和低温临界值分别在x轴和y轴上的空白分级图。

每个轴分为6℃增量对应的SHRP沥青等级。例如在方框内高亮显示的任何沥青都会被归类为PG64-22.朝箭头方向移动，对应在高温和低温下的性能提高。进一步对于右下角的沥青来说，根据SHRP沥青分级系统其性能预计会更好。

图2显示了SHRP分级图的临界值

结果

未改性沥青

图3显示了所有绘制在分级图上的未改性沥青。如所预期的，低针入度（更硬）的产品全部被分类为高SHRP高温级别，对应于良好的抗永久变形性。

图3为英国石油公司未改性沥青分级图

10/20pen沥青都在PG82-级，其低温性能在更糟糕的范围边缘。未改性沥青的低温性能预期不会更好。40/50pen级沥青归类为PG70-22：两个高温等级低于10/20pen沥青，并且在低温有稍好的性能。60/70级沥青和100pen、200pen被分别归类为PG64-，58-和52，如所预期的对于软的沥青伴随着低温等级的提高。就SHRP高温等级（PG46-PG82）的标准设置而言，这个研究中的未改性沥青包括了它们的大部分300pen的沥青可能会被分类为PG46。所以PG46-到PG82-大约相当于针入度范围从15-300mm/10。

图3也突出了级别差异。例如，200pen沥青名义上与100pen沥青名义上具有同

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