自20世纪90年代末以来，路面裂缝已成为沥青路面的主要病害。在战略公路研究计划（SHRP）之前，车辙是主要的病害。但集料质量、混合料级配设计和聚合物改性沥青的改进几乎消除了车辙问题。现如今研究重点已经转为路面裂缝处治。在过去的几年中，关于路面开裂的研究数量急剧增加。国家合作研究计划 (NCHRP) 开展了许多有关胶结料和混合料的研究项目，旨在研究如何评价造成开裂的因素。裂缝是一个比车辙复杂得多的问题。

如前所述，更硬的胶结料和更好的骨料结构已经解决了大部分车辙问题。关于裂缝存在许多不同类型的问题。裂缝可分为自上而下、自下而上、纵向、横向、块状。裂缝产生的原因不同，解决方法多样。沥青胶结料随着龄期的增长而变得更硬、更脆。这使得胶结料的老化状况直接决定了路面开裂程度。车辙是一种早期病害，因为当沥青混合料刚建成时，胶结料是非常软的，随着龄期的增长而变硬。在这种情况下，老化有助于缓解这一问题。胶结料的性能随着老化程度的增加而变得更容易开裂。开裂的另一个原因：与混合料中的胶结料的含量有关。使用更多的胶结料通常会减少开裂，但会增加成本，并可能使路面更容易产生车辙。

在过去的几年里，很多研究目的都是为了确定胶结料的哪些特性与裂缝的相关性好。我们一直都知道有些胶结料的裂缝问题比其他的要少，但如何测量呢？许多早期的测试，如针入度和延度，只考察了胶结料的强度指标（软硬程度）。对于裂缝，人们认为胶结料越软越好。但这些实验样本并非是那些已经更容易会发生裂缝的已经发生老化的材料。而且，经验证道路开裂与针入度和延度之间并无直接关系。

Superpave胶结料规范旨在解决裂缝问题。弯曲梁流变仪（BBR）在解决低温横向开裂方面做得很好，但低温横向开裂并非常见的实际路面病害类型。Superpave中的DSR指标，疲劳因子G*sinδ，旨在解决耐久性问题，其局限性在于疲劳因子与路面开裂并未建立有效联系。这就是为什么现在有许多围绕DSR开展的其他类型指数研究，专家希望通过利用新型指标以期替代疲劳因子，将DSR表征手段和路面开裂相结合。

多年来，人们提出了几种不同的参数来替代当前的中温DSR要求。所有这些参数都是根据流变学数据开发的，使用的是我们现在拥有的相同的测试设备，只是在不同的温度下进行测试，并对数据进行不同的分析。

2011年，作为美国联邦航空局关于机场路面耐久性和裂缝研究的一部分，沥青研究所（AI）设定了ΔTc作为裂缝的一个衡量指标。这是根据弯曲梁流变仪（BBR）的S等于300MPa和m值等于0.3时分别对应的两个温度测量值确定的。这两个温度几乎从不相同。这就是δ（Δ）的来源。从S的临界温度中减去m的临界温度，就可以确定ΔTc。例如，Tc,S的值为-26.2，减去Tc,m的值为-25.9，得出的数值为-0.3ΔTc。现场研究表明，ΔTc值越大、负值越大。路面就越容易开裂。

评估胶结料老化的另一个指标是R值或流变指数。R值是胶结料的玻璃态模量的对数减去相位角为45°时的模量的对数。玻璃态模量是指在低温下相位角基本为0°或几乎完全弹性的模量。这在下图中以图形显示。R值越大，老化的胶结料就越脆，越容易开裂。这种特性通常需要在多个温度和频率下对胶结料进行更多的测试才可得出。交叉温度是另一个与裂缝有关的指标。这是在特定频率下测试时，相位角为45°时的温度，定义为Twc。欧洲的初始测试程序设置使用2.4rad/s的频率。美国NCHRP 9-58的工作中在评价“再生剂对高掺量RAS和RAP沥青混合料的影响”时，使用了10 rad/s的频率。交叉温度值是衡量沥青胶结料从粘性材料过渡到弹性材料时的温度指标。在这一变化过程中，温度越低，胶结料就越不容易开裂。

作为同一沥青路面协会研究的一部分，用DSR测定的延度估计值也与ΔTc进行了比较。这个延度估计值是由德州A&M的Charles Glover开发的。理论基础为：当沥青的15℃延度达到125px时，路面就开始出现裂缝这一理论基础。Geoff Rowe后来提供了一个从DSR数据中估算延度的简化方程，这个新参数被称为Glover-Rowe值，即：G*x (cosδ)2/sinδ。为了计算Glover-Rowe参数，应当测量在15°C和0.005rad/s的频率DSR中的剪切复数模量（G*）和相位角（δ）。Glover-Rowe参数也被一些研究人员称之为开裂指标。一些研究人员更倾向于使用Glover-Rowe参数，因为Glover Rowe参数可以很容易地绘制并呈现，如下图所示。Glover-Rowe参数可以在不同的老化条件下被确定。在下图中，每个胶结料右边的低值是来自RTFOT老化，左边是20小时和40小时的PAV值。

NCHRP 9-59中"将沥青胶结料的疲劳性能与沥青混合料的疲劳性能联系起来"这一章节列出的几种开裂指标，本文对其进行修改，使其更容易确定，更好的将温度和气候联系起来。

9-59项目建议保持Glover-Rowe参数GR= G*(cosδ)2/sinδ的计算公式，只是温度和频率的设定条件不同。测试的频率是10rad/s，而不是0.005rad/s，温度不是标准的15℃，而是根据低温等级的不同而改变；-28等级的测试温度为22℃，-22等级为25℃。9-59的R值是在低温等级下使用BBR 的S和m参数来测定的，计算公式是：R= log(S/3000)/log(1-m)。9-59并没有说明对ΔTc的计算方法进行修改。

9-59项目也对开裂指标的范围提出了一些建议。对于Glover-Rowe参数，他们建议大值为5000kPa， R值应该在1.5和2.5之间，对于ΔTc，建议小值为-5。所有这些数值的问题是，它们对于基质沥青都有很好的相关性，但是对于改性沥青，相关性就有变得模糊。对于改性体系来说，中温区的相位角通常会出现温度变化不大的松弛区域。这会影响参数的取值。

为了探索NCHRP 9-59所提出的参数与沥青之间的关系，9-59对改性和基质沥青胶结料分别进行研究，对比使用两种不同ΔTc值的基质沥青来生产聚合物改性沥青，基质沥青和改性沥青的高温等级和低温等级应尽可能地保持接近。具体数据下如图所示

Good PG 64S-22，看起来有不同的低温等级，但实际上其只是没有达到-28的标准，且与其他胶黏剂的低温等级仅相差在2度以内。不同开裂指标之间的比较非常有趣。好的和差的ΔTc之间的差异非常大，基本上好的沥青ΔTc值是0，差的沥青ΔTc是-5或-6。

从R值来看，比较出来的结论就较为模糊。R值并没有体现出很大的差异。虽然差的沥青达到或接近高值2.5，但具有较好沥青PG64E-28胶结料的P值仅为2.2，也P值较差的沥青相同，P值均也趋近于2.5。二者的相关参数是Glover-Rowe。具有良好的ΔTc值和R值的Good PG64E-28样品其Glover-Rowe极限值几乎超过了5000kPa，而具有不良的ΔTc值和R值的不良胶结料却具有较好的Glover-Rowe值。这说明了想要建立起P值、ΔTc值和开裂之间的关系并非易事。ΔTc可以表明胶结料性能的优劣。而如果考虑上R值会使问题复杂化，但结果仍与ΔTc值得出的结论具有相同的趋势。而Glover-Rowe值实际上与建议相反。

一个复杂的问题是气候和PG等级的对应关系，特别是在气候较暖的地方使用较软的沥青时，应对标准参数进行调整。在气候等级为-16或-10的南方，使用-22等级的沥青是很常见的。与使用的沥青等级接近气候温度的地方相比，标准是否应该保持不变？如果需要调整的话，该如何进行调整？

在过去的几年里，裂缝已经成为路面上主要的病害。可以确定的是沥青的性能对开裂有影响，但如何更好地确定这种影响仍需努力。我们不要忘记还有许多其他影响开裂的因素，如混合料设计、结构设计和施工工艺。裂缝是一个非常复杂的病害，不可能简单的解决。

转载自道可道网，本文部分内容译自《沥青杂志》。

相关试验设备

设备名称：伺服控制热电型弯曲梁流变仪BBR
型       号：B216
制  造  商：澳大利亚PAVETEST公司

Pavetest 可以升级您的旧BBR弯曲梁流变仪！

满足规范：AASHTO T313、AASHTO T368、AASHTO TP122、AASHTO TP125，ASTM D6648，SHRP，JTG E20 T 0627-2011

意大利Matest-澳大利亚Pavetest的BBR是一种热电型低温沥青弯曲梁流变仪，用于测试沥青胶结料在室温到-40℃的弯曲蠕变试验。 荷载由微型 伺服控制作动器施加，可施加+25N的负载，加载频率可以从静态到动态25Hz，无需配置空压机供应压缩空气。沥青弯曲梁流变仪通过 伺服控制，不需要频繁校准以及重复调节空气轴承的压力。 只需输入所需的荷载数值，伺服控制的作动器就会以难以置信的 精度施加并保持所设定的荷载。 使用安装在机器正面的温度控制器可以非常准确地控制温度。用户可以使用控制器或通过软件设置 浴温。沥青弯曲梁流变仪系统的核心是Pavetest的控制和数据采集系统（CDAS2）和（TestLab）软件。

用途
沥青弯曲梁流变仪准确测量沥青在低路面温度的弯曲蠕变劲度和蠕变速率曲 线，用来评价沥青的低温开裂性能，主要反映抵抗温度收缩开 裂能力，避免路面低温开裂。适用于非改性沥青，可以测试原 样沥青、压力老化试验后的沥青和旋转薄膜烘箱（或薄膜烘 箱）试验后的老化沥青。

常规应用
•沥青胶结料的弯曲蠕变试验
•受荷载作用下的裂缝密封低温特性
•满足ASTM D6648、 AASHTO T313和SHRP沥青试验规 范的沥青胶结料低温挠曲蠕变测试

产品特点
▍ 沥青弯曲梁流变仪通过伺服控制的设计不需要经常进行标定和反复 调整空气轴承的压力
▍ 加载频率从静态到动态 25Hz
▍ 不需要配套空压机提供压缩空气
▍ 采用外置式固态 Peltier 帕尔贴系统直接热电制冷 （无氟）
▍ 设计了单独的空气 - 水热交换器
▍ 集成的单独式浴槽，使用乙醇作为浴槽介质进行冷却
▍ 通过软件控制设定和监测水浴温度

主要配置
▍ BBR 沥青弯曲梁流变仪主机
▍ 铝模一套（6 组）
▍ 精度校准组件一套
▍ CDAS2 控制器和 Testlab 测试软件一套
▍ 空压机，空气过滤装置和电脑 ( 国内配套 )

技术优势
采用Pavetest CDAS2高性能控制器
▍ 内置紧凑型数据
▍ 控制器 控制器通道数：8通道；控制器轴数：2轴
▍ 采样频率：192kHz

▍ 具有高可达64倍的超采样能力

▍ 20位的数字式分辨率

强大的测试软件
▍ 具备中英文软件，且用户可进行中文字库定义和修改
▍ 用户界面友好，具有导向功能，帮着普通操作者方便 试验设置和入门操作。具有“菜单式”引导编程设计， 反馈式提示可以引导操作人员按部就班的进行试验程 序设计
▍ 可以复制、修改生成用户自定义的测试模板， 所有试验标准规范和计算的算法公式均向用户公开， 用户可自行改动、编写各参数和公式，任意编程和 自定义试验方法满足用户的特殊试验需要
▍ 具有模拟仿真功能，在操作者编程之后可预演试验过 程，而不需要真实试样，确保操作者所编写的试验程 序不会破坏有效试样和损坏设备
▍ 可以编程控制：可以控制荷载的大小，持续时间，恢复时 间，试件尺寸


热电温控系统
采用热电温控系统，降温速度更快、精度更高，系统更 加可靠且更环保。

磁悬浮轴承
采用新一代磁悬浮轴承，更稳定可靠，精度更高、寿命 更长。

扩展功能
•可提供 BBR 升级包（磁性轴承系统、中文软件系统、 控制器），可升级其它品牌沥青弯曲梁流变仪BBR设备，升级品牌包 括 Cannon、ATS 等。
•控制器和软件可与 DTS 系统兼容，达到实验室多 设备软件和系统兼容、数据管理统一的效果； 可升级其它品牌 UTM 系统，升级品牌包括 MTS、 Instron、Controls、IPC、Cooper 等。

控制和数据采集系统（CDAS2）
▍ 高速的（18位）数字式伺服控制，可控制4轴
▍ 数字式闭环控制，采样速率2.5kHz
▍ 外置计算机可编程控制，比例、积分和微分（PID）控制算法
▍ 自适应控制（ALC）算法，确保优异的动态峰值精度
▍ 3个反馈式控制模式，例如荷载、位置和试样表面应变控制
▍ 各个控制模式之间可无缝切换
▍ 计算机可编程数字加载波形
▍ 通电时全采集通道自动校准输入信号
▍ 所有通道同时采样 16个模拟信号（10伏）输入采集通道
▍ 多达64倍的超采样技术（默认设置8倍）
▍ 20位的数字式高分辨率采集系统（无自动量程）
▍ 采样速率高达192kHz
▍ 通讯端口：USB或以太网连接

Testlab软件
▍ 预编程的“测试方法”文件，方便没有实验经验的操作人员运行多种国际规范的测试，无需进行任何编程
▍ 可以复制、修改和/或生成用户自己的测试方法，满足客户特殊的实验需求
▍ 可编程的测试“向导”，以基于“反馈式”方法逐步指导操作员进行实验。编程控制：可以控制荷载的大小，持续时间，恢复时 间，试件尺寸
▍ “模拟”模式允许用户使用设置试样响应模型，在没有试样的情况下进行任何测试
▍ 实时图形显示实验结果和可配置的实时显示传感器数据
▍ 可配置的实时仪表板，显示测试设置、图表、传感器数值和实验结果
▍ 实时“Expression watchs”使用户可以验证算法处理，包括中间计算
▍ 参数追踪功能，允许在测试方法之间自动传输测试参数和结果
▍ 使用内置语言编辑器（包括中英文软件），用户可修改软件语言的描述
▍ 能够将原始数据发送到excel以进行后处理并在软件中显示后处理的结果

了解更多产品详细信息，获取产品资料，欢迎垂询TIPTOP卓致力天！

服务热线 | 400-633-0508     邮箱：tiptop@tiptoptest.com