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眾所周知，隨著材料科學(xué)的進步，傳統(tǒng)的瀝青針入度/黏度等級試驗方法在很多時候已經(jīng)不適合評價改性瀝青的性能。而PG分級等級試驗方法雖然被認(rèn)為能夠有效的評價改性瀝青的性能，但目前限于較為昂貴的價格、操作上的復(fù)雜性和設(shè)備的精密性，尚且難以在工程實踐上進行普及應(yīng)用。為了解決這個問題，美國聯(lián)邦公路局（FHWA）與美國Laser Technology Inc.公司近年來合作開發(fā)了一款采用空氣束施加蠕變-恢復(fù)荷載，通過激光測量技術(shù)檢測瀝青形變特性來評估瀝青性能的新型測試設(shè)備，并將其命名為Asphalt Binder Quality Tester，簡稱ABQT或BQT。這種設(shè)備的實物圖如圖1所示。

 圖1  ABQT瀝青膠結(jié)料質(zhì)量測試儀

從圖1可以看到該設(shè)備分為兩部分：測試部分和控制部分。

樣品艙內(nèi)在測試時，使用盛樣皿盛放85g左右的瀝青樣品放置在空氣束噴嘴（圖2白色部分所示）正下方。

 圖2  ABQT的測試位置以及空氣束噴嘴和CCD相機

試驗前，我們需要將瀝青樣品放置在25±0.1℃的環(huán)境箱中保溫1個小時（±10分鐘），無需旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFO）短期老化處理或壓力老化儀（PAV）長期老化處理。測試時，空氣束將加載20秒，恢復(fù)70秒，在2分鐘內(nèi)即完成測試。其測試原理圖和典型的軟件測試結(jié)果如圖3所示。

 圖3  ABQT的測試原理圖和典型測試結(jié)果

測試結(jié)果曲線清晰展示了最大變形和變形恢復(fù)率，這種加載原理和測試結(jié)果非常類似于AASHTO T350 MSCR多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗的原理和測試結(jié)果。為了驗證這種測試方法的有效性，開發(fā)者還進行了ABQT和MSCR的對比試驗，MSCR試驗前，瀝青通過RTFO旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱試驗進行短期老化處理后在室溫下進行，ABQT試驗則直接在未老化條件下，25℃的溫度下進行。測試結(jié)果如圖4所示。

 圖4  ABQT試驗與AASHTO T350 MSCR多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗的相關(guān)性比較

圖4中紅色曲線為MSCR試驗曲線，黑色曲線為ABQT試驗曲線，兩條試驗曲線的系數(shù)分別是29.37和34.149，這種差異也符合試驗條件差異的預(yù)期（老化條件和溫度不同）。ABQT試驗由于在更低的溫度條件下進行，測試結(jié)果反映出材料具有更強的變形恢復(fù)性能，但是因為沒有經(jīng)過老化處理，材料也反映了更軟的特征。兩種測試展示的材料流變性能是一致的，指數(shù)均為-0.263，曲線形態(tài)基本一致。

從瀝青樣品的典型測試結(jié)果來看，瀝青表面受荷載作用位置具有明顯的凹痕，從凹痕的范圍來看，與我們目前通常使用的針入度試驗方法相比，明顯范圍更大。

 圖5  ABQT試驗后瀝青樣品的典型試驗結(jié)果

相比較之下，針入度試驗作為一種經(jīng)驗性的試驗方法，因為針尖在測試過程中可能遇到瀝青，聚合物纖維，橡膠粉顆粒等改性瀝青中的不同成分，測試結(jié)果顯然在同一種樣品試驗時結(jié)果不同，所以針入度試驗通常被認(rèn)為難以評價改性瀝青的性能。而使用DSR動態(tài)剪切流變儀開展的MSCR多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗雖然被認(rèn)為能夠評價改性瀝青的性能，但是按照規(guī)范要求進行完整的評價需要在試驗前對瀝青進行旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱短期老化處理（約75-85分鐘），壓力老化儀短期老化處理（約20小時），效率和操作的復(fù)雜程度也較ABQT為復(fù)雜。從試驗方法推廣普及的難易程度來評價，ABQT是一種好的選擇。

為了驗證ABQT試驗方法和設(shè)備對于不同瀝青材料測試結(jié)果的有效性以及重復(fù)性，開發(fā)者使用不同材質(zhì)進行了大量的對比試驗，測試結(jié)果如圖6所示，統(tǒng)計結(jié)果顯示變異系數(shù)在1~6%之間，平均變異水平3%，可以認(rèn)為達到了試驗結(jié)果能夠有效的評價各種不同材質(zhì)的瀝青材料。

 圖6  不同材料的重復(fù)性試驗結(jié)果統(tǒng)計

ABQT這種適用于橡膠粉改性瀝青試驗的能力，還能夠有效的解決高含量橡膠粉改性瀝青BBR和DSR試驗制作樣品困難而無法試驗的問題。圖7是高含量橡膠粉改性瀝青在BBR試驗制樣失敗的實例。DSR試驗的1mm或2mm平行板間隙對于試驗來說也是有困難的。

 圖7  高含量橡膠粉改性瀝青BBR試驗制樣失敗的實例

而對于ABQT試驗來說，因為使用類似針入度試驗的盛樣皿作為瀝青盛樣工具，則不影響試驗的正常進行。如圖8所示，為高含量橡膠粉改性瀝青的待測樣品。

 圖8  高含量橡膠粉改性瀝青的待測樣品

圖9則展示了橡膠粉改性瀝青的ABQT試驗典型試驗結(jié)果。

 圖9  橡膠粉改性瀝青的ABQT典型試驗結(jié)果

同時，ABQT試驗方法的測試結(jié)果與針入度等級試驗的相關(guān)性也很好。圖10為ABQT試驗與針入度分級體系的相關(guān)性對比試驗結(jié)果。對比試驗均在25℃的條件下進行，ABQT選擇了10.2g的蠕變荷載，加載20秒，恢復(fù)70秒，在20秒時測試得到的最大變形量與針入度測試結(jié)果的相關(guān)性達到了0.90以上。

 圖10  針入度測試結(jié)果和ABQT最大變形量測試結(jié)果的相關(guān)性

基于ABQT試驗和針入度試驗，以及MSCR試驗都有很好的重復(fù)性，在使用該方法來定義瀝青等級時，可以區(qū)分具有相同針入度，但是材質(zhì)完全不同的瀝青材料。例如圖11所示，例如針入度50/60號瀝青中，當(dāng)針入度值均為52dmm時，含有3%SBS的改性瀝青將被重新定義為50-60/65%號瀝青（65%為變形恢復(fù)率），而未改性瀝青則被重新定義為50-60/20%號瀝青。

 圖11  因為針入度試驗和ABQT試驗相關(guān)性而被提議的新瀝青分級方法

為了進一步驗證這種分級方式的有效性，美國猶他州交通部在2015年時對各種改性瀝青和基質(zhì)瀝青進行了大量試驗，并以此進行驗證。所有的PG 58-28瀝青都落在未改性瀝青的象限中，其他等級的瀝青都落在改性瀝青的象限，并可以按照新的分級方式進行劃分。例如：PG 70-28瀝青可以被定義為新的針入度等級80-90/60%號瀝青。

 圖12  以ABQT試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的新針入度等級方式驗證

目前，國內(nèi)已有單位引進這種測試設(shè)備和技術(shù)，并開始工程實踐。我們希望用這種現(xiàn)場的力學(xué)性能測試方法與傅里葉變換紅外光譜儀的瀝青組分快速測試方法相結(jié)合，通過“組分+力學(xué)指標(biāo)”兩個方向來互相補充完善試驗體系，作為新一代的現(xiàn)場瀝青質(zhì)量測試手段。我們也期望有更多省份的單位開展類似的研究探索，進行工程實踐，加快該方法的研究速度。

ABQT試驗方法主要使用了激光散斑干涉測量方法，基本變形測量原理如圖所示。這種試驗方法因為其便攜性、無損、高效、準(zhǔn)確的特點以往應(yīng)用于航天飛行器，飛機、渦輪機等設(shè)備的無損力學(xué)性能測試中。如今在瀝青工業(yè)中嘗試應(yīng)用。

 圖13  ABQT的變形測量原理

這種測量技術(shù)的進一步探索工作還包括直接用于瀝青混合料的快速測試。如圖14所示，當(dāng)使用空氣束轟擊瀝青混合料時，混合料表面也同樣會產(chǎn)生變形。

 圖14  瀝青混合料的試驗效果

基于這種原理，我們也可以將瀝青混合料制作成如圖15所示的特定形狀進行測試，同樣獲取變形和恢復(fù)率的測試結(jié)果。

 圖15  ABQT用于瀝青混合料試件的測試

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