瀝青與集料低溫黏結性檢測技術研究

瀝青混合料在低溫環境下的黏結性能是影響路面抗裂性能的關鍵因素。低溫條件下，瀝青膠結料硬化，黏結能力下降，導致混合料柔韌性降低，在溫度應力作用下易產生收縮裂縫，嚴重影響路面使用壽命與行車安全。因此，對瀝青與集料低溫黏結性進行系統檢測與評價至關重要。

1. 檢測項目與方法原理

低溫黏結性檢測主要圍繞瀝青膠結料自身性能、瀝青與集料黏附性以及瀝青混合料整體低溫性能展開。

1.1 瀝青膠結料低溫性能檢測

• 彎曲梁流變試驗（BBR）：該試驗是評價瀝青低溫蠕變性能的核心方法。其原理是將瀝青梁試件置于低溫浴中，施加恒定荷載，測量其蠕變勁度（S）和蠕變曲線斜率（m值）。S值反映瀝青抵抗變形的能力，S值過大則材料脆性高，易開裂；m值表征應力松弛能力，m值過小則應力松弛性能差，內部應力無法及時釋放導致開裂。通過BBR試驗可有效預測瀝青在低溫條件下的開裂敏感性。

• 直接拉伸試驗（DTT）：用于測定瀝青在低溫下的極限拉伸應變能力。將瀝青啞鈴狀試件在低溫環境下以恒定速率拉伸，直至斷裂，記錄其破壞應變和應力。破壞應變越大，表明瀝青的低溫延展性越好，抗裂能力越強。BBR與DTT相結合，可從勁度與變形能力兩個維度綜合評價瀝青的低溫性能。

1.2 瀝青與集料黏附性檢測

• 水煮法與靜態浸水試驗：此類方法主要評價瀝青與集料在水分存在下的黏附性，雖非嚴格意義上的低溫檢測，但其黏附性是低溫黏結性的基礎。水煮法是將裹覆瀝青的集料煮沸一段時間后，觀察瀝青膜剝落面積比例。靜態浸水法則是將試樣浸入常溫水中，通過肉眼或圖像分析評定剝落程度。其原理是模擬水分侵蝕對黏結界面的破壞，黏附性差的組合在低溫下更易因水分侵入而脫黏。

• 光電比色法：該方法是對浸水試驗的量化改進。將經過浸水試驗后的集料顆粒置于特定溶液中，利用分光光度計測量溶液中瀝青溶解后的色度，通過標準曲線換算剝離的瀝青量，從而定量評價瀝青與集料的黏附性能，結果更為客觀精確。

1.3 瀝青混合料低溫性能檢測

• 低溫彎曲試驗：通過低溫環境下對瀝青混合料小梁試件進行三點彎曲試驗，測定其破壞應變、破壞勁度模量及抗彎拉強度。其中，破壞應變是評價混合料低溫抗裂性能的關鍵指標，其值越大，表示混合料在低溫下耐受變形而不開裂的能力越強。

• 間接拉伸試驗（IDT）：在低溫條件下，對圓柱體試件沿直徑方向施加壓縮荷載，使其產生間接拉伸應力直至破壞?？蓽y得劈裂抗拉強度、破壞拉伸應變等參數。通過分析蠕變柔量及強度，可評價混合料的低溫抗裂性。該試驗還可用于測定低溫條件下的熱應變能密度等參數。

• 半圓彎曲試驗（SCB）：將圓柱體試件切割成半圓形，在低溫下進行三點彎曲試驗，記錄其斷裂能及大荷載。斷裂能越高，表明材料抵抗裂縫擴展的能力越強，低溫性能越好。SCB試驗具有試件制備簡便、應力狀態明確等優點。

2. 檢測范圍與應用需求

瀝青與集料低溫黏結性檢測覆蓋了從材料篩選到混合料設計的全過程，其需求廣泛存在于：

• 高等級公路與高速公路：尤其在季節性冰凍地區，對路面材料的低溫抗裂性能有嚴格要求，需通過系統檢測確保路面在設計使用年限內不出現嚴重的低溫收縮裂縫。

• 機場道面：機場跑道對平整度要求極高，低溫裂縫會嚴重影響飛行安全，因此對瀝青混合料的低溫性能檢測標準更為嚴苛。

• 城市道路與橋面鋪裝：城市道路下方的管網眾多，裂縫會導致水侵蝕基層和路基；橋面鋪裝因結構特殊性，對層間黏結和材料低溫性能要求更高。

• 嚴寒地區特殊工程：如我國東北、西北及青藏高原等地區，年均氣溫低，溫差大，是低溫黏結性檢測的重點應用區域，用于指導當地瀝青路面材料的選擇與配合比設計。

• 科學研究與新材料開發：在開發改性瀝青、抗裂型混合料等新材料時，低溫性能是核心評價指標之一，需要通過精確的檢測手段驗證新材料的有效性。

3. 檢測標準與規范

國內外已建立一系列標準規范以指導檢測實踐。

• 中國標準：

  • 瀝青膠結料：《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20）中收錄了T 0627（瀝青彎曲蠕變勁度試驗）和T 0628（瀝青直接拉伸試驗）。

  • 瀝青與集料黏附性：JTG E20中的T 0616（瀝青與粗集料的黏附性試驗）和T 0666（瀝青與集料的黏附性（光電比色法））。

  • 瀝青混合料：JTG E20中的T 0715（瀝青混合料彎曲試驗）和T 0729（瀝青混合料低溫彎曲試驗蠕變勁度測定）等。

• 美國標準：

  • 美國材料與試驗協會（ASTM）標準應用廣泛，如ASTM D6648（BBR試驗）、ASTM D6723（DTT試驗）。

  • 瀝青混合料方面，AASHTO T322（IDT蠕變試驗與強度試驗）是評價混合料低溫性能的常用方法。AASHTO TP 105則規定了使用SCB試驗測定混合料斷裂能的方法。

• 歐洲標準：

  • 歐盟各國普遍采用EN標準，如EN 12697-44（瀝青混合料的斷裂能測試-SCB試驗），EN 13108系列標準中對瀝青混合料性能的要求也間接包含了低溫性能指標。

4. 檢測儀器與設備功能

實現上述檢測需依賴專用儀器設備。

• 彎曲梁流變儀（BBR）：核心設備包括精密溫控低溫浴、加載系統（氣動或機械）和數據采集系統。其功能是精確控制試件所處環境溫度（通常為-18℃至-36℃），并施加恒定小梁荷載，持續測量試件的撓度變化，自動計算并輸出蠕變勁度S和m值。

• 直接拉伸試驗機：配備高精度環境箱，確保試件在測試過程中處于恒定的低溫狀態。具有精密的位移控制與測量系統，能以極慢的速率（如1mm/min）對瀝青試件進行拉伸，并同步記錄荷載與變形，計算極限拉伸應變。

• 瀝青混合料性能試驗系統：通常為萬能材料試驗機（MTS）或伺服液壓試驗機。需配備高低溫環境箱，能夠進行彎曲試驗、間接拉伸試驗和半圓彎曲試驗。該系統通過程序控制加載模式（應力控制或應變控制），精確測量試件在低溫下的力學響應，如荷載、位移、應變等，并據此計算各項力學參數。

• 集料黏附性測試裝置：水煮法設備簡單，包括加熱源、燒杯等。光電比色法則需要更為復雜的設備，包括恒溫水浴、振蕩器、離心機以及核心的分光光度計，用于定量分析瀝青剝離量。

綜上所述，瀝青與集料的低溫黏結性檢測是一個多維度、系統性的技術領域。它綜合運用了針對瀝青膠結料、黏附界面以及瀝青混合料的多種試驗方法，并嚴格遵循國內外技術標準，借助精密的專用儀器，為寒區瀝青路面的材料選擇、配合比設計及性能預測提供了科學依據和質量保障。隨著檢測技術的不斷進步，對路面低溫抗裂性能的評價將更加和可靠。