2025, Vol. 42扩展功能
文章信息
- 郑茂, 何安正, 梁明辉, 钟盛燃, 颜川奇.
- ZHENG Mao, HE Anzheng, LIANG Minghui, ZHONG Shengran, YAN Chuanqi
- 基于测力延度试验的改性沥青低温性能评价
- Modified asphalt low temperature performance evaluation based on stress ductility test
- 公路交通科技, 2025, 42(1): 31-43
- Journal of Highway and Transportation Research and Denelopment, 2025, 42(1): 31-43
- 10.3969/j.issn.1002-0268.2025.01.004
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文章历史
- 收稿日期: 2022-08-01
2. 西南交通大学 土木工程学院, 四川 成都 611756;
3. 道路工程四川省重点实验室, 四川 成都 610031
2. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 611756, China;
3. Highway Engineering Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu, Sichuan 610031, China
受车辆荷载和温度变化等多因素综合作用，沥青路面常发生高温车辙、低温开裂等损坏行为[1-2]。沥青路面低温开裂主要是由沥青路面内部温度应力随外界温度不断降低而急剧扩展，直至超过沥青混合料极限抗拉强度造成的。美国战略公路研究计划表明，沥青低温性能对沥青路面低温开裂的贡献度高达80%，由此可见沥青低温性能的重要性[3]。
国内外学者针对有效评价沥青低温性能做了诸多研究，总结并发展了相关试验方法，主要包括弯曲梁流变法[4-6]、微观观测法[7]、测力延度法[8]等。测力延度是一种优化的延度法，同时记录了试验过程中的拉力与形变值，并根据力-位移曲线获得一系列评价指标(峰值力、黏韧性等)。自Anderson等[8]提出测力延度试验后，国内外学者先后开展了测力延度相关研究，并取得了一定的成果。Radziszewski等[9]根据力-位移关系曲线，提出了低温黏韧性指标，从做功的角度反映了改性沥青的低温抗裂能力。Shuler等[10]指出改性沥青的测力延度曲线一般呈现2个斜率，拉伸初期(弹性变形)的斜率表征沥青模量大小，主要受基质沥青性质影响；拉伸后期(韧性变形)的斜率表征聚合物改性效果，主要受改性剂的性质、掺量、与基质沥青相容性等相关。孙大权等[11]以4种高黏改性沥青为研究对象，采用测力延度试验，通过分析改性剂种类及掺量对改性沥青延度、黏韧性等的影响，证明了测力延度试验评价改性沥青低温性能的合理性，并表明黏韧性可有效评价改性沥青低温性能。周燕等[12]采用测力延度试验对7种改性沥青老化前后的拉伸特性及拉伸变化机理进行了分析，并采用灰关联法对比分析了老化前后各参数的变化关系，验证了拉伸柔度用于评价改性沥青低温性能的可行性。祁文洋等[13]对不同老化时间的SBS改性沥青进行针入度、测力延度等试验，通过分析针入度及测力延度相关试验指标与SBS改性沥青老化时间及SBS掺量的相关性，发现韧性值可有效评价SBS改性沥青的老化特征。近年来，其他学者[14-18]也采用测力延度评价改性沥青的低温性能，并证明了测力延度的简单有效性。
Pereira等[19]研究表明基质沥青与改性沥青的拉伸破坏类型存在较大差异。视制样模具不同，基质沥青通常发生脆断破坏(“8”字模) 或流动破坏(直线模)，而改性沥青大都发生韧性断裂，这可能与沥青内部应力变化等相关。在金属材料领域，通常用真实应力代替工程应力来反映材料内部应力变化[20]。类似方法也应用在聚合物材料中[21-22]，但尚未应用于沥青材料。综上，本研究对SK70#基质沥青和5种代表性改性沥青进行测力延度试验和弯曲梁流变试验。按照文献[23]建议的公式计算各工程应力和真实应力，获取工程应力延度曲线和真实应力延度曲线，提取峰值力、黏韧性、延度、断裂工程应力和断裂真实应力等指标，揭示不同改性沥青低温拉伸性能和不同改性剂改性效果差异，最终提出一个新的改性沥青低温性能评价指标。
1 材料与方法 1.1 原材料本研究选取SK70#基质沥青制备5种改性沥青，使用的聚合物改性剂包括4类，如表 1所示。本研究使用的SK70#基质沥青和5种改性沥青均为非热老化的原样沥青。
| 改性剂类型 | 改性剂名称及说明 |
| 热塑性树脂改性剂 | 丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(BS)，白色粉末 |
| 乙烯-醋酸-乙烯共聚物(EVA)，熔融指数为19 | |
| 热塑性弹性体改性剂 | 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)，YH791-H型 |
| 橡胶类改性剂 | 橡胶粉，40目 |
| 高黏复合改性剂 | HVA，熔融指数为8 |
1.2 改性沥青制备工艺
为确保本研究成果更好应用于聚合物改性沥青材料领域，各改性沥青的外掺改性剂掺量均参考工业常用推荐值。各改性沥青的制备过程如表 2所示。
| 改性沥青类型 | 改性剂掺量/% | 制备过程 | 简称 |
| SBS改性沥青 | 7.5 | 将SBS添加到SK70#中，使用高速剪切机在180 ℃和4 000 r/min条件下剪切2 h，再加入稳定剂，并使用低速剪切机，以600 r/min剪切发育30 min | 7.5%S |
| 橡胶沥青 | 20.0 | 将橡胶粉添加到SK70#中，使用高速剪切机，在185 ℃和5 000 r/min条件下剪切1 h，再使用低速剪切机，以500 r/min剪切发育30 min | 20%R |
| BS改性沥青 | 5.0 | 将BS添加到SK70#中，使用低速剪切机，在170 ℃和500 r/min条件下剪切40 min | 5%B |
| HVA改性沥青 | 5.0 | 将HVA添加到SK70#中，使用高速剪切机，在180 ℃和5 000 r/min条件下剪切2 h，再放入180 ℃烘箱发育30 min | 5%H |
| EVA改性沥青 | 20.0 | 将EVA添加到SK70#中，使用高速剪切机，在170 ℃和1 500 r/min条件下剪切3 h | 20%E |
1.3 试验方法 1.3.1 测力延度试验
为准确评价改性沥青的低温性能，分别对SK70#基质沥青和5种代表性改性沥青进行测力延度试验。参考国内外已有研究成果，本研究依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中《沥青延度试验》(T0605—2011)的相关准则。采用“8”字形延度模具对各沥青进行制样，并使用SYD-4508G沥青延度试验器，在温度为(5±0.5) ℃和拉伸速度为(50±2.5) mm/min的条件下进行试验，记录试验过程的拉力与变形值。同一个沥青样品进行3组平行试验，结果取平均值。沥青延度试验制样模具如图 1所示。试样中间横截面尺寸为10 mm×10 mm。
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| 图 1 “8”字形延度模具(单位: mm) Fig. 1 8-shaped ductility mold (unit: mm) |
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1.3.2 弯曲梁流变试验
为了进一步证明测力延度试验所得部分指标和本研究新提出的断裂真实应力指标的合理性，本研究依据美国材料与试验协会发布的《弯曲梁流变试验》(ASTM D6816-11)的相关准则，分别对SK70#基质沥青和5种代表性改性沥青进行弯曲梁流变试验。试验温度为― 12 ℃，恒定压力连续加载240 s，同一种沥青样品进行2组平行试验，结果取平均值。
2 试验结果与分析 2.1 测力延度曲线整体分析典型改性沥青的测力延度曲线(见图 2)，主要包括普弹形变、屈服变形和细颈变形3个阶段[11]，分别对应图 2中的峰值点A，屈服点B，断裂点C。图 2中F1和D1，F2和D2，F3和D3，W1和W2分别表示峰值力和对应的延度，屈服力和对应的延度，断裂力和对应的延度，黏弹性和韧性, k为峰值点A后拉力下降阶段，即AB屈服阶段曲线的斜率。
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| 图 2 典型改性沥青的测力延度曲线 Fig. 2 Stress ductility curve of typical modified asphalt |
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普弹形变是所有沥青均经历的变形阶段。该变形阶段形变量很小，是可逆的，曲线近似线性增长，反映的是沥青的弹性性质。普弹形变是基质沥青和聚合物分子键长及键角被动伸张的结果，主要受基质沥青性质影响。此外，该阶段拉伸曲线的斜率越大，表明沥青的模量越大，黏度越大，低温拉伸性能越差。
屈服变形是多数改性沥青都经历的变形阶段。该变形阶段宏观表现为拉力随形变量均匀增长而近似线性减小。屈服变形是聚合物链端沿受力方向强迫取向伸张的结果，聚合物分子链克服沥青分子间摩擦力，由各向无规则排列变为同拉力力场方向的定向排列，从而拉力减小，类似应力松弛。该变形阶段试样中间横截面也不断减小，直至屈服点，这也会间接造成拉力减小。
细颈变形是部分高弹改性沥青经历的变形阶段，是改性剂改性效果的体现。该变形阶段试样中间横截面保持相对稳定，拉力随形变量均匀增加而近似线性增加，但增长速率低于普弹形变阶段。细颈变形是聚合物分子克服沥青分子间摩擦力，沿受力方向持续取向并不断结晶硬化的结果。该阶段试样整体进行均匀塑性变形，拉伸曲线表征的面积越大，沥青韧性越大，低温抗拉性能越好。在试样发生韧性断裂前，可观察到明显的颈缩变形，此时聚合物相中聚集的应力越来越大，直至超过沥青相产生变形所需应力，发生韧性断裂破坏。
2.2 拉伸破坏类型本研究使用传统“8”字形延度模具，对5种改性沥青和SK70#基质沥青进行制样。试验过程中共发现2种拉伸破坏行为——脆性断裂和韧性断裂，如图 3所示。其中，BS改性沥青和SK70基质沥青均发生脆性断裂，断裂前无明显变形，断口相对平坦。而橡胶改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青和HVA改性沥青均发生韧性断裂，断裂前有明显的局部颈缩变形，断口呈纤维状。此外，橡胶改性沥青、SBS改性沥青和HVA改性沥青还可以观察到明显的细颈变形。这表明不同改性剂对基质沥青低温拉伸性能的改善情况是有差异的，其中橡胶、SBS和HVA改性剂可有效提升基质沥青的韧性。
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| 图 3 脆性断裂和韧性断裂示意图 Fig. 3 Schematic diagrams of brittle fracture and ductile fracture |
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2.3 试验参数
分别对SK70#基质沥青和5种代表性改性沥青进行测力延度试验，提取并计算各试验参数。直接获得的参数包括峰值力F1、屈服力F2、断裂力F3、延度值D，计算得到参数包括黏韧性W。其中，峰值力是指拉伸曲线中最大拉力值；屈服力是指拉伸曲线屈服点对应的拉力；断裂力是指拉伸断裂时对应的拉力；延度值是指试样试验拉伸变形长度。为提出一种新的改性沥青低温性能评价指标，本研究还参考文献[23]的建议公式计算了断裂工程应力(拉伸断裂时对应的工程应力)和断裂真实应力(拉伸断裂时对应的真实应力)。各沥青的测力延度试验参数如表 3所示。
| 参数 | SK70# | 5%B | 20%R | 7.5%S | 20%E | 5%H |
| 延度/cm | 0.8 | 0.7 | 7.0 | 26.5 | 6.9 | 32.0 |
| 峰值力/N | 152.4 | 187.3 | 107.1 | 124.5 | 108.2 | 121.3 |
| 屈服力/N | — | — | 86.1 | 62.0 | — | 46.7 |
| 断裂力/N | 152.4 | 187.3 | 82.3 | 74.8 | 77.4 | 51.5 |
| 黏弹性/(N·m) | 0.63 | 0.70 | 5.46 | 4.48 | 6.03 | 3.70 |
| 韧性/(N·m) | — | — | 0.76 | 14.18 | — | 13.43 |
| 黏韧性/(N·m) | 0.63 | 0.70 | 6.23 | 18.65 | 6.03 | 17.14 |
| 断裂工程应力/MPa | 15 240 | 18 730 | 7 830 | 7 480 | 7 740 | 5 150 |
| 断裂真实应力/MPa | 19 304 | 23 100 | 27 433 | 73 553 | 28 325 | 60 083 |
由表 3可见，低温(5 ℃)下，BS改性沥青和SK70#基质沥青低温延性很差，均“一拉即断”，而其他改性沥青都具有较好的低温延性。BS改性沥青峰值力最大，HVA改性沥青低温延度最大，SBS改性沥青低温黏韧性和断裂真实应力最大。这表明BS改性剂仅能提高基质沥青拉伸峰值力，而橡胶、SBS, EVA和HVA改性剂可有效提高基质沥青低温延性，且HVA改性沥青低温延性最好，SBS改性沥青低温抗变形能力最好。
如图 2所示，以拉力F与延度D所围成的面积表征沥青黏韧性，记作W。黏韧性是表征拉伸过程中拉力对沥青所做的功，黏韧性越大，表明沥青拉伸变形能力越好[24]。将峰值力F1之后下降曲线段(屈服变形段)切线的斜率记作K，以K为斜率的直线与左曲线围成的面积表征黏弹性，记作W1；以K为斜率的直线与右曲线围成的面积表征韧性，记作W2。黏韧性W为W1与W2之和。此外，对于黏韧性、黏弹性、韧性指标的计算，本研究按式(1)梯形积分方法进行，与《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中《沥青黏韧性试验》(T0624—2011)的黏韧性指标计算方法类似。
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(1) |
式中，W为黏韧性；D为试样断裂时的延度；F (x)为拉伸过程中的力；Δx为小梯形高度；N为小梯形总数，
工程应力是指在拉伸或压缩试验中，施加在材料上的荷载与试样横截面面积的比值，是荷载的线性函数。真实应力是指材料在拉伸或压缩试验中，单位面积上的变形力，是荷载的非线性函数[20]。工程应力不考虑材料变形过程中横截面变化影响，而真实应力考虑材料横截面变化影响。因此，相较于工程应力，真实应力更能反映材料在拉伸或压缩变形过程中应力的真实变化情况，是材料真实破坏强度和抵抗变形能力的重要依据。根据参考文献[23]的建议公式计算工程应力与真实应力，其中工程应力按式(2) 计算，真实应力按式(3)计算。由于沥青拉伸变形过程中，大部分时间处于单向受力状态，从细颈变形后阶段的颈缩变形到最终断裂破坏发展迅速，且颈缩变形部位体积占比整个试样体积很小，所以本研究在整个拉伸过程中按体积不变、均匀变形考虑。
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(2) |
式中，σ为工程应力；F为拉力；A为试样原横截面面积。
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(3) |
式中，σt为真实应力；l为试样拉伸变形后的长度；l0为试样原始长度。
2.4 工程应力延度曲线与真实应力延度曲线分析 2.4.1 SK70#基质沥青SK70#基质沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 4所示。SK70#低温延性(0.8 cm)很差，只发生普弹形变。低温(5 ℃)下，SK70#呈玻璃态，沥青分子链几乎全部被冻结，移动与取向能力差，表现出纯弹性行为[11]。使用“8”字形模具制样，试样中间存在应力集中。SK70#基质沥青分子链低温受力后几乎不会松弛，再加上应力集中作用，使得试验过程中内部应力迅速增大。当超过沥青相变形所需应力时，中间应力集中位置瞬时发生脆性断裂。
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| 图 4 SK70#基质沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 4 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of matrix asphalt SK70# |
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2.4.2 BS改性沥青
BS改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 5所示。与SK70#基质沥青一样，BS改性沥青低温延性(0.7 cm)很差，只发生普弹形变。BS主要由聚合物蜡组成，加入到基质沥青中后，通过结晶提升沥青模量与黏度，使得BS改性沥青低温下较基质沥青更硬，拉伸时更易脆断。
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| 图 5 BS改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 5 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of BS modified asphalt |
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对比图 4和图 5发现，BS改性沥青的低温延度值小于SK70#基质沥青，而曲线斜率和峰值力均大于SK70#基质沥青。结合2.1节所述，BS改性剂仅能提高基质沥青拉伸峰值力，而不能改善基质沥青低温性能。计算图 4(a)与图 5(a)的曲线斜率差和图 4(b)与图 5(b)的曲线斜率差，分别为7 662和8 702，这表明SK70#基质沥青和BS改性沥青的真实应力延度曲线斜率差明显大于它们的工程应力延度曲线斜率差，进而证明真实应力更能反映BS改性剂的改性效果。
2.4.3 橡胶沥青橡胶沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 6所示。橡胶沥青低温延性(7.0 cm)较好，历经普弹形变、屈服变形和细颈变形阶段，最终发生韧性断裂。橡胶粉是目前最常用的改性剂之一，与基质沥青混合后，发生一系列不同程度的物理(膨胀)和化学(脱硫、降解)作用，使得沥青胶体结构向溶凝胶型结构转变，从而降低基质沥青温度敏感性，改善基质沥青的低温性能[25]。
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| 图 6 橡胶沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 6 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of crumb rubber modified asphalt |
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由于橡胶粉与基质沥青的相容性较差，橡胶沥青通常是沥青-胶粉共聚物。小橡胶颗粒(5~50 μm) 类似混合料中的填料，分散在连续的沥青相中。当胶粉掺量过大(≥20%)时，游离态的橡胶颗粒会引发橡胶沥青拉伸界面易产生应力集中，使其拉伸后期内部应力急剧增加，低温延性降低[26-27]。由图 6可见，细颈变形阶段，橡胶沥青的工程应力相对稳定而真实应力处于近似线性增长，直至即将断裂时，其工程应力与真实应力才逐渐减小。因此，相较于工程应力，真实应力可很好地表征橡胶沥青低温拉伸行为，并突出橡胶粉的填料效应。
2.4.4 SBS改性沥青SBS改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 7所示。SBS改性沥青低温延性(26.5 cm) 很好，历经普弹形变、屈服变形和细颈变形阶段，最终发生韧性断裂。随着变形量增加，工程应力和真实应力均呈现增—减—增的变化规律；普弹形变与屈服变形阶段，工程应力增大或减小的速率大于真实应力，而细颈变形阶段的真实应力增长速率显著大于工程应力。SBS是典型的热塑性弹性体，由聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段组成[28]。与基质沥青混合后，SBS吸收沥青中的轻质组分并充分溶胀，与沥青共同形成三维网状结构，从而提高基质沥青的弹性与韧性[29]。
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| 图 7 SBS改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 7 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of SBS modified asphalt |
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SBS改性沥青细颈变形占比大，表现出显著的韧性变形能力。这多得益于SBS改性沥青的三维弹性网络。细颈变形期间SBS聚合物分子链不断结晶硬化，增加了沥青在受力方向上的应力和刚度。试样中间横截面小于两端横截面，形成了局部应力集中。随着内部应力不断增大，应力集中作用愈发显著，导致中间横截面不断缩减，形成局部颈缩，同时也进一步加速应力增长。如此反复，直至SBS聚合物相中聚集的应力超过沥青相产生变形所需应力，发生韧性断裂破坏。因此，基于细颈变形阶段工程应力与真实应力变化规律，真实应力可以更好地反映SBS改性沥青拉伸后期应力硬化行为，并突出SBS聚合物弹性网络的增韧效果。
2.4.5 EVA改性沥青EVA改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 8所示。EVA改性沥青低温延性(6.9 cm)较好，历经普弹形变和屈服变形阶段，最终发生韧性断裂。EVA为热塑性树脂类改性剂，由非极性结晶体的乙烯链段和极性非结晶体的醋酸乙烯链段组成[30]。袁昭华[31]研究发现，EVA在沥青中可形成网络结构，从而提高基质沥青的低温延性。但也有学者指出，过量的EVA (8%)会导致EVA改性沥青低温柔韧性下降[32]。
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| 图 8 EVA改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 8 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of EVA modified asphalt |
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本研究EVA掺量为20%。由图 8可见，EVA改性沥青无细颈变形，韧性较橡胶/SBS/HVA改性沥青差。本研究EVA掺量过大，使得EVA主链中存在的乙烯序列结晶过多，沥青的刚度与劲度模量也随之增加，低温拉伸作用下，EVA改性沥青内部应力不断增长，直至超过沥青相产生变形所需应力而发生破坏。因此，鉴于在屈服变形阶段，随着延度值增加，EVA改性沥青的工程应力不断减小，而真实应力不断增大这一规律，真实应力可以更好地表征EVA改性沥青拉伸应力变化情况，并反映过量EVA导致改性沥青低温韧性降低的不良影响。
2.4.6 HVA改性沥青HVA改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线如图 9所示。HVA改性沥青具有很好的低温延性(32.0 cm)，历经普弹形变、屈服变形和细颈变形阶段，最终发生韧性断裂。
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| 图 9 HVA改性沥青的工程应力延度曲线与真实应力延度曲线 Fig. 9 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of HVA modified asphalt |
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结合图 7和图 9可知，HVA改性沥青工程应力延度曲线和真实应力延度曲线变化规律与SBS改性沥青相似，并且韧性断裂时具有较大的真实应力。HVA主要是由环氧基增黏树脂和热塑性弹性体组成的复合改性剂，高速剪切作用下，HVA分子链相互交联缠绕形成稳定的三维网状结构，从而提高基质沥青的韧性和低温抗变形能力[33]。与SBS改性沥青一样，HVA改性沥青具有较大的细颈变形，并且可以观察到明显的颈缩行为，其变形本质与SBS改性沥青类似。
2.5 弯曲梁流变试验弯曲梁流变试验所得劲度模量和蠕变速率分别表征了沥青的低温变形能力和应力松弛能力，且劲度模量越小，蠕变速率越大，沥青的低温抗裂性能越好。本研究采用谭忆秋等[34]依据劲度模量和蠕变速率构建的指标k来表征各沥青结合料低温性能，如式(4)所示。由式(4)可知，指标k兼顾考虑了沥青的低温变形能力与应力松弛能力，可更精确地评价沥青的低温抗裂性能，且k值越小，沥青低温性能越好。
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(4) |
式中，S为劲度模量；m为蠕变速率。
各沥青的k值如表 4所示。各沥青k值由大到小依次为5%BS改性沥青，SK70#基质沥青，20%EVA改性沥青，20%橡胶沥青，5%HVA改性沥青，7.5%SBS改性沥青。这与表 3数据规律类似，表明BS改性剂的结晶行为削弱了基质沥青的低温性能，而橡胶、SBS、EVA和HVA改性剂的弹性网状结构增强了基质沥青的低温性能，尤以SBS和HVA最为明显。
| 沥青 | SK70 | 5%B | 20%R | 7.5%S | 20%E | 5%H |
| k值 | 503 | 536 | 421 | 275 | 440 | 309 |
2.6 应力指标分析
为提出一个合理的改性沥青低温拉伸性能评价指标，并进一步证明，相较于工程应力，真实应力更适合用于评价低温拉伸性能。各沥青的工程应力延度曲线和真实应力延度曲线如图 10所示，普弹形变阶段各沥青的工程应力延度曲线和真实应力延度曲线如图 11所示。
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| 图 10 各沥青的工程应力延度曲线和真实应力延度曲线 Fig. 10 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of each asphalt |
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| 图 11 普弹形变阶段各沥青的工程应力延度曲线和真实应力延度曲线 Fig. 11 Engineering stress ductility curves and true stress ductility curves of each asphalt at elastic deformation stage |
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由图 10可知，工程应力延度曲线和真实应力延度曲线均可以很好地反映不同改性沥青的低温性能，并凸显不同改性剂对基质沥青低温性能改善优劣的差异性。其中SBS改性沥青和HVA改性沥青低温性能最优，橡胶改性沥青和EVA改性沥青次之，BS改性沥青最差。SBS、HVA改性剂加入到基质沥青中，发生一系列物理化学作用，分子链相互交联缠绕形成稳定的弹性网状结构，提高了基质沥青的韧性，使得低温下更软更弹。橡胶改性剂与基质沥青的相容性较差，掺量过多(20%)时，结合料内部游离细橡胶颗粒较多，应力集中显著，使其拉伸后期内部应力急剧增加，低温延性降低。EVA改性剂因主链中存在的乙烯序列结晶行为显著，掺量过多(20%)时，使得沥青模量增大，从而过早断裂，低温延性较橡胶改性沥青、SBS改性沥青和HVA改性沥青差。BS改性剂加入到基质沥青中，通过不断结晶硬化增大沥青模量，使得低温下更硬更脆，低温延性较基质沥青差。此外，由图 11可见，普弹形变阶段(大应力，小变形)，工程应力与真实应力均可较好地表征各沥青的变形特点。由图 10可见，对于细颈变形阶段，相较于工程应力，真实应力能更好地解释拉伸应力硬化并反映不同改性剂的改性效果。综上，工程应力适合评价大应力、小变形阶段，而真实应力适合评价变形各阶段，特别是屈服后的细颈变形阶段。
2.7 测力延度试验与弯曲梁流变试验相关性分析为进一步证明测力延度试验的黏韧性、峰值力、延度指标、本研究新提出的断裂真实应力在评价沥青低温性能上的合理性，以弯曲梁流变试验所得指标k为基准，分别计算了黏韧性、峰值力、延度、断裂真实应力与指标k的相关性曲线，如图 12所示。
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| 图 12 黏韧性、峰值力、延度、断裂真实应力与指标k的相关性曲线 Fig. 12 Correlation curves of viscoelasticity, peak force, ductility, and true fracture stress with indicator k |
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由图 12可知，除峰值力外，黏韧性、延度和断裂真实应力与k之间均具有很好的相关性(R2＞0.90)，其中黏韧性的相关性最高(R2＞0.97)，这说明其在评价改性沥青低温性能上是可靠的，这与大多数研究者所述类似——黏韧性可有效评价改性沥青低温性能，也表明了本研究提出的断裂真实应力在评价改性沥青低温性能上有着不错的潜力(R2＞0.90)。
3 结论通过分析SK70#基质沥青和5种代表性改性沥青的低温拉伸变形各阶段特征、测力延度试验相关拉伸破坏类型和测力延度试验参数与弯曲梁流变试验参数间的相关性，形成如下结论。
(1) 确定并总结了普弹形变、屈服变形、细颈变形这3种变形行为。其中，SK70#基质沥青和BS改性沥青仅发生普弹形变，EVA改性沥青仅发生普弹形变和屈服变形，而橡胶改性沥青，SBS改性沥青，HVA改性沥青均发生普弹形变、屈服变形和细颈变形，且SBS改性沥青与HVA改性沥青具有较大的细颈变形，表现出显著韧性。
(2) 确定并总结了脆性断裂和韧性断裂这2种拉伸破坏行为。其中，SK70#基质沥青和BS改性沥青发生脆性断裂，均“一拉即断”；橡胶改性沥青、SBS改性沥青、HVA改性沥青、HVA改性沥青发生韧性断裂，并可以观察到明显的颈缩行为。
(3) 工程延度曲线和真实应力延度曲线均可以很好地反映不同改性沥青的低温性能，并凸显不同改性剂改性效果的差异性。SBS改性沥青和HVA改性沥青低温性能最优，橡胶改性沥青和EVA改性沥青次之，BS改性沥青最差。BS改性剂仅能提高基质沥青拉伸峰值力，而橡胶、SBS、EVA、HVA改性剂可有效提高基质沥青低温延性，且SBS和HVA改性效果最为显著。
(4) 工程应力适合评价大应力、小变形阶段，真实应力适合评价所有变形阶段，特别是屈服后的细颈阶段与颈缩阶段。断裂真实应力与弯曲梁流变试验所得的k值具有很强的线性相关性(R2＞0.90)，用于评价改性沥青低温性能是合理的。
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