温拌沥青流变特性演化规律及胶浆粘弹性行为多尺度预测模型研究

本研究针对温拌沥青(WMA)复杂流变行为及其胶浆长期性能预测的关键难题，通过系统分析Sasobit和Evotherm 3G两种添加剂对70#基质沥青和SBS改性沥青的温度敏感性、高温抗变形及低温粘弹特性的影响，结合Refatus和Burgers模型确定最优掺量（4.0% S/0.6% G），并基于Buttlar模型建立胶浆高温性能预测体系（R2=0.991），为低碳路面材料设计提供理论支撑。

　　

在全球道路工程领域低碳技术需求迫切的背景下，温拌沥青(WMA)因其可降低生产温度20-50℃、减少碳排放20-40%的优势，成为传统热拌沥青(HMA)的重要替代方案。然而，WMA复杂的流变行为及其胶浆长期性能预测仍是限制其大规模应用的关键挑战。现有研究多聚焦单一因素（如特定温拌添加剂类型或温度）对WMA流变特性的独立影响，未能充分反映实际工程中多因素协同作用的复杂机制。此外，当前用于预测WMA胶浆性能的模型（如广义自洽方案GSCS、Mori-Tanaka模型等）存在校准材料单一、未考虑添加剂-填料-沥青多相交互作用等问题，导致高填料体积分数下预测偏差显著。

针对这些科学难题，中国的研究团队开展了系统性研究，通过动态剪切流变仪(DSR)和弯曲梁流变仪(BBR)测试，结合Refatus和Burgers模型，揭示了Sasobit和Evotherm 3G两种温拌添加剂对沥青高低温性能的差异化影响规律，并基于颗粒增强理论体系建立了胶浆性能预测模型。研究成果发表于《Fuel》，为温拌沥青的多尺度性能预测和可持续路面材料设计提供了新思路。

研究采用三大关键技术方法：1）动态剪切流变测试（温度扫描50-85℃、频率扫描1-100 rad/s）分析高温流变特性；2）多应力蠕变恢复试验(MSCR)评估永久变形抗力；3）弯曲梁流变试验（-30至-8℃）表征低温性能。样本采用70#基质沥青和SBS改性沥青，分别添加1-5% Sasobit和0.4-1.0% Evotherm 3G制备WMA。

相结构分析与相容性
通过Han曲线分析发现，WMA的斜率K值（1.055-1.133）显著高于基质沥青（0.803），表明温拌添加剂提升了沥青相容性，其中Sasobit因形成网状晶格结构，相容性改善更显著（K值最高提升41.3%）。但过量Sasobit（>4%）会超出沥青质溶解能力，导致相容性下降。

高温性能优化
Refatus模型拟合显示，4% Sasobit使参数a降低9.15%，有效减缓温度敏感性。Burgers模型确定4% Sasobit和0.6% Evotherm 3G为最优掺量，其粘性流动系数η₁分别达1.75×10⁸ Pa·s和1.49×10⁸ Pa·s。MSCR试验证实，Sasobit使蠕变变形量减少48.3%，而Evotherm 3G会增大残余变形。

低温性能提升
BBR试验表明，温拌添加剂能降低沥青弯曲蠕变速率，-15℃时4% Sasobit试样变形量比原样沥青减少27.6%，但-30℃下Evotherm 3G表现更优，体现温度依赖性。

胶浆性能预测突破
通过对比Hashin、Mooney和Buttlar模型，发现Buttlar公式对胶浆高温性能预测精度最高（71℃时R²=0.991）。等效体积增强分析揭示，SBS改性沥青的填料吸附层厚度比基质沥青高18.3%（b/a=1.36 vs 1.15），但温拌添加剂会削弱此吸附效应。

该研究首次系统阐明了多因素耦合作用下WMA流变特性的演化机制，建立的Buttlar预测模型为胶浆性能设计提供了量化工具。值得注意的是，SBS改性沥青与矿粉的吸附优势为改性沥青混合料设计提供了新依据，而温拌添加剂对吸附层的负面影响提示需优化界面改性技术。未来研究需结合微观表征手段深入揭示填料-沥青界面化学作用，以进一步完善多尺度预测模型。这些成果对推进低碳路面材料的精准设计和工程应用具有重要指导价值。