改性沥青储存稳定性试验方法的比较与研究

（苏交科集团股份有限公司，新型道路材料国家工程实验室，南京 211112）

改性沥青的储存稳定性与改性剂的改性效果密切相关，取决于改性剂与基质沥青的相容性，关系到改性沥青的质量稳定性及其使用效果，因此生产厂家和用户都对其较为关注。世界各国的储存稳定性评价方法虽有多种[1-3]，但较为常用的是以软化点差作为技术指标的离析试验。本研究将对比分析欧洲、美国和中国交通部现行规范中的改性沥青储存稳定性试验方法，结合当前我国实践中存在的主要问题，重点研究不同冷却温度对于试验结果的影响，提出离析试验方法的改进和完善建议。

1 改性沥青储存稳定性试验方法的比较

2003年，欧洲标准化委员会（CEN）出台了统一的、适用于欧盟各国的改性沥青储存稳定性试验方法规范EN 13399[4]，结束了此前欧洲各国该试验方法不尽相同的局面。2010年进行了修订，现行版本是2017年修订完成的。其试验原理是：将均匀的改性沥青样品置于垂直容器中，在180 ℃（或改性沥青生产厂家指定的温度）条件下静置3 d。经室温冷却后将样品切割为三等份，分析顶部、底部两部分样品特性指标的差异大小，作为评价其储存稳定性的依据。

美国ASTM 的改性沥青储存稳定性试验方法现行规范（D7173-14[5]）是由1995年出台、2005年撤消的D 5976 演变而来的。其方法概要是：在（163±5）℃条件下，密封铝管中的聚合物改性沥青垂直静置48 h。随后将其冷冻并切割为三等份，以便将顶部和底部样品分开进行测试，评判聚合物从改性沥青中分离的程度。

中国交通部现行规范（JTG E20—2011[6]）中“聚合物改性沥青离析试验”方法（T 0661）是参照美国ASTM 标准（D 5976、D 5892、D 5841），于2000年完成编制并出台，2011年进行了修订。T 0661 包含的两个试验方法分别适用于SBS、SBR 类改性沥青和PE、EVA 类改性沥青。适用于SBS、SBR 类改性沥青的试验方法与上述美国ASTM D7173 的方法概要相似，此处不再重复。适用于PE、EVA 类改性沥青的试验方法概要是：将置于针入度试样杯中的改性沥青在135 ℃烘箱中静置24 h。取出后，通过目测观察试样表面结皮及底部沉淀情况，评判改性沥青的储存稳定性。

为了便于比较，将欧洲、美国和中国交通部规范[5]中的改性沥青储存稳定性试验方法要点列于表1。由于T 0661 中适用于PE、EVA 类改性沥青的试验方法只是定性观察，没有定量测试要求，与EN 13399、D 7173 没有可比性，故表中仅列出其适用于SBS、SBR 类改性沥青的试验方法要点。

由前述方法概要及表1试验方法要点可见，除了圆柱形装样铝管垂直静置热储存、冷却后再将样品三等分、试验参数都有软化点的共同之处外，欧洲、美国、中国方法都有不同程度的差异。主要表现在热储存温度和时间、灌注之前样品是否过筛、冷却温度及时间、试验参数的可选择性等方面。

欧洲试验方法的热储存温度较高且可以根据产品生产厂家的要求进行调整，显示出温度选择的灵活性。样品储存时间较长、采用较为缓和的室温冷却方式、试验参数有多种选择，也是欧洲方法的特点。其不足之处在于：离析管直径和灌注样品量不明确；与其形成鲜明对比的是，美国ASTM 试验方法的热储存温度较低、储存时间较短、冰箱中冷却样品且冷却时间较为明确。与欧洲方法相似之处在于：可以考虑产品相关各方的要求调整热储存温度、试验参数有多种选择。但其缺陷是冷却温度范围较宽（0 ～-20 ℃）；中国交通部试验方法的热储存温度、储存时间与美国相同，但不考虑产品相关各方的要求，且冷却温度的规定不够明确，尤其是灌注前须用0.3 mm标准筛过滤试样的要求。

表1 改性沥青储存稳定性试验方法要点比较表

综上所述，欧洲、美国、中国的改性沥青储存稳定性试验方法各有特点，试验条件规定（试样量、冷却温度、是否过滤等）也都有不够明确之处，会导致较大的重复性和再现性试验偏差。欧、美、中都采取高温静置存储2-3 d 的方式，且都将软化点作为评价试验参数，表明各方均认为：储存温度、储存时间是影响离析的主要因素，顶部、底部样品的软化点差适于表征改性沥青的储存稳定性。

2 离析实践中遇到的问题

自从上世纪九十年代改性沥青在中国开始应用以来，大多都以离析试验方法评价改性沥青的储存稳定性。由于改性沥青产品的多样性、复杂性，以及离析试验方法存在的不足，实践中遇到了许多问题，也引发了一些产品质量争议。

林江涛等[7]研究了不同厂家的SBS 改性沥青（I-D）离析试验结果与冷却温度、铝管封口时机两个影响因素的关系。发现“对于某些改性沥青而言，冰箱的冷却温度和不同条件设置确有重大影响。”、“但对于样品3，在试验中有较好的稳定性，其离析值相对稳定，受试验中各项组合变化条件的影响甚微。”，分析认为“这种影响与改性工艺、改性剂掺量及基质沥青有关，相容性好的样品受试验条件影响小，相容性不好的样品受其影响大”等。

王传民等[8]发现：同一SBS 改性沥青样品经三家实验室比对试验， “离析试验结果相差悬殊”，依据离析（软化点差）不大于2.5 ℃的技术要求评判，只有一家检测结果为“合格”，其余两家为“不合格”。对其进行针对性试验研究后认为，T 0661—2011 中“将盛样管三等分”是影响检测结果的显著因素，建议修改该试验法时，采用“沥青液面下三等分”的做法等。

本研究在工程实践中也遇到了类似的问题，即多家检测单位针对同一样品的离析检测结果出现较大差异，通过交流后发现各家检测单位的主要差异在于冷却温度不同，其次是离析试验用铝管灌注样品后的密封时间有所不同。为了评估这些不同试验条件对于储存稳定性试验结果的影响程度，进行了重点针对冷却温度的试验研究（详见下节）。

3 冷却温度对于试验结果的影响研究

选取三个不同生产厂家的四个改性沥青样品（A、D 为同一厂家不同批次产品）作为研究对象，按照T 0661 试验方法要求进行操作，考察不同冷却温度和密封时间对于离析试验结果的影响。相关数据详见表2。

表2 不同冷却温度和密封时间的离析（软化点差）试验结果 ℃

由表2可见，每个样品的离析随试验条件的变化而变化的规律并不明显。只有样品C 的离析随冷却温度的降低有增大的趋势，样品D也基本符合这一规律，另外两个样品不完全符合这一规律。但是从每个样品离析最大值出现的情况来看，都集中在冷后密封、-30 ℃冷却的条件下，每个样品的离析最小值都出现在冷却后密封、-1 ℃和-20 ℃冷却条件下，表明冷却温度越低越有利于离析变大。热态密封、-1 ℃和-20 ℃冷却的数据对比也都符合这一规律。这可能是由于高温样品经历骤然大幅度降温过程，导致改性沥青胶体结构发生突变，使聚合物从沥青中分离的趋势增大。降温幅度越大，这种趋势越明显，只有胶体结构相当稳定的改性沥青不会出现较大的离析。

从相同样品、同一冷却温度、不同密封时间的对比数据（8 组）来看，的确有差异。热态密封离析较大的（5 组）多于冷后密封，占可比数据的62.5%，但仍有37.5%的热态密封离析不大于冷后密封。

从本质上讲，四个样品的离析大小排序应当是唯一的。而表2中试验检测数据显示出的排序有三种：①样品C ＞样品A ＞样品B ＞样品D；②样品C ＞样品B ＞样品A ＞样品D；③样品C＞样品A ＞样品B=样品D。究竟哪种排序符合四个样品的真实状况，需要进一步分析：

在表2所列的试验条件范围内，不同样品的软化点指标变化幅度（即软化点离散度：每个样品顶部、底部软化点所有数据集的极差与软化点实测指标值之比的百分数）明显不同，反映了不同样品抵抗试验条件变化的能力。即软化点离散度越大，表示样品抵抗温度骤降的能力越弱，稳定性相对不好；反之则表示其能力越强，稳定性相对较好。样品C 的软化点离散度最大（46.6%），样品A 次之，样品B 居三，样品D 最小（5.4%）。这一排序与上述第①种排序相同。

比较四个样品离析（平均值）的大小排序，样品C 最大（31.5），样品A 次之，样品B 居三，样品D 最小（0.9）。这一排序也与上述第①种排序相同。

以上几个方面分析得到的离析大小排序相同，表明其反映的极有可能是四个样品储存稳定性的真实状况。这一排序对应的试验条件是：冷后密封、-30 ℃冷却和热态密封、-20 ℃冷却两个条件，均为不同密封时间下的最低冷却温度。似乎表明较低的冷却温度更能反映样品的真实离析水平。

从离析指标合格（软化点差不大于2.5 ℃）与否的角度来看，样品C 和样品D 的10 组数据显示的判定结论都是确定的，不受试验条件变化的影响，分别为不合格、合格；样品A 和样品B的判定则与试验条件有关，即在相对缓和的试验条件下（-1 ℃）均合格，在较为苛刻的试验条件下（-20 ℃或-30 ℃）均不合格。表明样品D 的储存稳定性相当好、样品C 的储存稳定性相当差。

综上所述，在本研究的试验条件范围内，较低的冷却温度更易导致离析增大，也似乎更能反映样品的真实离析水平。离析指标是否合格，既与改性沥青样品本身有关，也与试验条件有关，较高的冷却温度有利于离析合格。

4 结论

（1）比较欧洲、美国、中国的试验方法规范可以看出，热储存温度、储存时间是影响改性沥青储存稳定性试验结果的主要因素。

（2）本研究表明，冷却温度对于改性沥青离析试验结果确有影响，其影响程度主要与产品自身特性和冷却温度高低有关。质量稳定的改性沥青受冷却温度的影响非常小，反之则影响较大；较低的冷却温度更易得到较差的试验结果，也似乎更能反映产品的真实离析水平。

（3）欧洲、美国、中国的储存稳定性试验方法均有待完善。建议通过大量的比对试验，积累足够的相关数据，细化我国现有方法中冷却温度、冷却时间等试验条件的规定，改善离析试验结果的重复性和再现性，以减少产品质量纠纷。同时也应重视与工程使用效果良好相关的改性沥青储存稳定性试验新方法的开发研究，为改性沥青的工程应用提供更加有实用价值的信息。