我国东南沿海地区夏季盐雾频发，持续降雨量大、持续高温高湿天气时间长，使得该地区沥青路面处于高温高湿盐腐蚀环境，严重影响沥青路面的服役循环和使用寿命. 张争奇等^[1-4]采用不同温度和质量浓度的盐（NaCl）溶液，模拟含盐高湿环境对沥青混合料力学性能的劣化；张光海^[5]在室内模拟北方滨海盐环境 - 氯离子侵蚀及冻融耦合双重作用对沥青混凝土路面使用寿命的影响；郑霜杰等^[6]自制盐 - 湿 - 热循环试验方案，在室内模拟沿海地区沥青路面在荷载、高温、海盐水中的冻融循环作用，分析沥青混合料路用性能、疲劳性能的损伤规律，给出损失率计算模型. 王义忠^[7]在研究含盐高湿环境对沥青混合料路用性能影响的基础上，结合工业CT、电镜扫描（SEM）技术，从微细观角度揭示含盐高湿环境对沥青路面侵蚀作用的机理. 崔亚楠等^[8]研究冬季除冰盐环境盐冻融循环条件对沥青的高温流变性能的影响.

综上所述，目前已有研究成果主要集中在盐环境对沥青混合料或沥青材料宏观路用性能劣化方面. 作为微分散系的沥青胶浆，其组成、结构和性能对沥青混合料的黏弹性有重要影响^[9-10]，但针对高温高湿盐环境作用对沥青胶浆高温流变特性影响的研究成果较少. 本文在沥青胶浆短期老化和盐蚀干湿循环试验的基础上，采用常规动态剪切流变试验和多应力重复蠕变恢复（multiple stress creep and recovery，MSCR），以3.2 kPa应力水平下的不可恢复蠕变柔量 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $为沥青胶浆高温流变性能评价指标，分析试验环境和干湿循环作用次数耦合作用对沥青胶浆流变性能的影响. 采用灰色关联理论，探究 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $与常规流变参数、干循环次数及试验环境之间的关联性，为服役在盐环境中沥青路面的材料选择及优化设计提供参考.

1）沥青. 试验采用南方高温潮湿区常用的中石化的SBS-I-D改性沥青，主要的技术性能如表1所示，经检测满足《公路沥青路面施工技术规范》^[11]（JTG F40—2004）的要求.

2）矿粉. 作为沥青混合料的主要填料，采用湖北荆门产的石灰石矿粉，依据《公路工程集料试验规程》^[12]（JTG E42—2005）对矿粉性能进行测试. 测试结果如表2所示，满足规范^[11]的要求. 表中，ρ为密度，w_w为水质量分数，w₁、w₂、w₃分别为粒径小于0.6、0.15、0.075 mm的颗粒质量分数，α为亲水系数。

3）盐. 南方滨海和内陆盐渍地区的盐分主要以氯化钠、硫酸钠为主，所用盐为氯化钠分析纯和硫酸钠分析纯，技术条件符合GB/T 1266—2006的标准.

1）沥青胶浆短期老化试验.

结合《规范》^[11]和课题组前期在浙江宁波地区对沥青道路面层AC-13、SMA-13型沥青混合料的调研结果，本文选用1∶1的粉胶比（矿粉与沥青的质量比）进行胶浆制备. 参考姜睆^[13]的制样方法，将制备好的沥青胶浆倒入平底不锈钢托盘中，置于120 °C烘箱中10 min，使之流淌成厚度约为6 mm的均匀薄层. 依据《试验规程》^[14]（JTGE 20—2011），利用薄膜老化烘箱对沥青胶浆进行短期老化（163 °C，5 h）. 将经过老化的沥青胶浆样品用于后续的试验.

2）盐蚀干湿循环试验.

参考浙江沿海地区夏季高温高湿的气温环境和我国的相关试验规程，自行设计室内盐蚀干湿循环试验。确定沥青胶浆样本的干湿循环温度为20 °C（低）和60 °C（高），取NaCl溶液和Na₂SO₄溶液的质量分数分别为0%（纯水）和5%，干湿循环次数为8、15、25次，以加速模拟含盐高温高湿环境对沥青胶浆的流变性能的劣化作用，具体试验方案如图1所示. 设未经试验处理的沥青胶浆试样为对照组.

3）动态剪切流变试验.

根据《试验规程》^[14]（JTG E20—2011，T 0602）制备SBS改性沥青胶浆的DSR试样. 采用美国TA公司的Discovery HR-1（DHR-1）型动态剪切流变仪进行试验，采用温度扫描模式，试验温度为40~66 °C，间隔2 °C，控制应变为1.25 %，试验频率为10 Hz，采用25 mm平行板，板间距为1 mm.

4）MSCR试验.

MSCR试验测试SBS改性沥青胶结料在不同应力条件下的黏弹特性. 该试验在DHR-1型动态剪切流变仪上完成，试验温度为60 °C. 在0.1 kPa应力下连续测试20个周期，其中前10个加载周期作为对胶浆试样的预处理，以减少、消除试样在装样、修边过程中对胶浆试样施加的多余剪切力，降低试验结果的变异性，不参与最终计算. 在3.2 kPa应力下测试10个周期，总计30个周期. 每个周期选用“加载（1 s）- 卸载（9 s）”模式，施加各个应力之间不存在时间间隔，试验总时间为300 s.

SBS改性沥青胶浆在0.1 kPa应力作用下，首个周期的蠕变恢复曲线如图2所示. 图中，ε为应变。由图2可见，在1 s加载过程中，胶浆应变达到峰值 $ {\varepsilon }_{\mathrm{p}} $；在9 s卸载过程中，胶浆可恢复应变为 $ {\varepsilon }_{\mathrm{r}} $，不可恢复应变（残余应变）为 ${\varepsilon }_{{\rm{n}}\mathrm{r}}$. 本文以3.2 kPa应力作用下胶浆的不可恢复蠕变柔量 ${{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r},\mathrm{3.2}}$为指标来评价胶浆的高温流变性能。即胶浆的高温抗车辙性能. 各指标的计算过程如下.

每个周期中的蠕变恢复率为

$ {{R}}_{i}={\varepsilon }_{\mathrm{r}}/{\varepsilon }_{\mathrm{p}}\times 100{\text{%}}. $

10个周期平均恢复率为

(1) $ {R}=\displaystyle\sum\limits_{{{i = }}1}^{10} \left({{R}}_{i}\right)/10. $

每个周期中不可恢复蠕变柔量为

$ {{J}}_{i\mathrm{r},\sigma }={\varepsilon }_{i\mathrm{r}}/\sigma . $

10个周期平均不可恢复蠕变柔量为

$ {{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r},\sigma }=\displaystyle\sum\limits_{{{i = }}1}^{10}({{J}}_{i\mathrm{r},\sigma })/10. $

式中： $ {\varepsilon }_{\mathrm{r}} $为可恢复应变； $ {\varepsilon }_{\mathrm{p}} $为峰值应变； $ {\varepsilon }_{i\mathrm{r}} $为第 $ \mathrm{第}i $次加卸载过程中胶浆试样的残余应变； $ \sigma $为施加的应力。当 $ \sigma = $0.1 kPa时， $ i $= 11~20；当 $ \sigma = $3.2 kPa时， $ i $= 20~30.

蠕变恢复率 $ R $反映了沥青胶浆的变形恢复能力， $ {R} $越大，表明其恢复变形能力越强. 不可恢复蠕变柔量 ${{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r}}$反映了沥青胶浆抵抗永久变形的能力， ${{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r}}$越小，抵抗高温变形能力越强，高温抗车辙性能越好.

灰色关联分析是以各因素的样本数据为依据，用灰色关联度来描述各因素间关系的强弱、大小和次序的多因素统计分析方法，分析步骤^[15]如下.

1）确定参考序列 ${{{X}}}_{0}^{*}$和比较序列 ${{{X}}}_{i}^{*}$.

将要进行分析的内容设为参考序列：

$ {{{X}}}_{0}^{*}=\left[{x}_{0}^{*}\left(1\right),{x}_{0}^{*}\left(2\right),\cdots ,{x}_{0}^{*}\left(k\right)\right];\;k=1, 2, \cdots , n. $

将比较的内容设为比较序列：

$ {{{X}}}_{i}^{*}=\left[ {{x}_{1}^{*}\left(1\right),{x}_{2}^{*}\left(2\right),\cdots ,x_{i}^{*}\left(k\right)} \right] ; \;i=1, 2,\cdots , m . $

2）对 ${{{X}}}_{0}^{*}$和 ${{{X}}}_{i}^{*}$进行无量纲化处理.

将序列中每个数值除以该数列第1个数，得到参考序列和比较序列的无量纲序列.

(3) $ {{{x}}}_{i}\left(k\right)=\frac{{x}_{i}^{*}\left(i\right)}{{x}_{0}^{*}\left(1\right)}. $

无量纲参考序列为 ${{{X}}}_{0}=[{x}_{0}\left(1\right),{x}_{0}\left(2\right),\cdots ,{x}_{0}\left(n\right)]$。

无量纲比较序列为 ${{{X}}}_{i}=[{x}_{i}\left(1\right),{x}_{i}\left(2\right),\cdots ,{x}_{i}\left(n\right)]$.

3）计算差序列：

(4) $ {{\varDelta _i}(k) = \left| {{x_0}(k) - {x_i}(k)} \right|.} $

${{{{\varDelta}} _i} = \left[ {{{{\varDelta}} _i}(1),{{{\varDelta}} _i}(2), \cdots ,{{{\varDelta}} _i}(n)} \right]}$，计算得到 $ k $时刻2个比较序列的绝对差.

4）确定两级最大差和最小差.

$ {\varDelta_{\rm{max}}}=\max\limits _{i} \max\limits _{k}\; \varDelta_{i}(k), \quad \varDelta_ {{\rm{min}}}=\min\limits _{i} \min\limits _{k}\; \varDelta_{i}(k) $

5）计算关联系数 ${\gamma }_{0i}(k)$.

(5) ${\gamma _{0i}}(k) = \frac{{\varDelta_{\rm{min}} + \rho \varDelta_{\rm{max}}}}{{{\varDelta _i}\left( k \right) + \rho \varDelta_{\rm{max}}}}.$

式中：ρ为分辨系数，ρ $\in (0,1.0)$，常取中值0.5.

6）计算灰色关联度 $ {\gamma }_{0i} $.

(6) $ {\gamma }_{0i}=\frac{1}{n}\sum _{k=1}^{n}{\gamma }_{0i}\left(k\right). $

式中： $ {\gamma }_{0i} $为比较序列与参考序列的关联度， $ n $为比较序列的长度（即数据个数）.

根据关联度，对比较序列各项指标进行排序. 比较序列中某个因素与参考序列的关联度越大，则二者的变化趋势越接近，其对参考序列的影响程度越大.

动态剪切流变试验中复数模量 ${{G}}^{\mathrm{*}}$和相位角 $ \delta $可以表征沥青胶浆弹性部分和黏性部分的比例关系， ${{G}}^{\mathrm{*}}$越大，胶浆抵抗变形的能力越强； $ \delta $越大，胶浆的黏性成分越大. 车辙因子（ ${{G}}^{\mathrm{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$）是评价沥青胶浆高温特性的技术指标，反映胶浆抵抗永久变形的能力. ${{G}}^{\mathrm{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$越大，表示沥青胶浆的流动变形越小，越有利于抵抗车辙的产生，不同盐蚀干湿循环作用次数下SBS改性沥青胶浆的 ${{G}}^{\mathrm{*}}{\text{、}} \delta {\text{及}}{{G}}^{\mathrm{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$随温度的变化如图3~5所示. 图中，N_c为干湿循环次数，θ为温度。

由图3~5可得如下结论.

1）在不同试验环境中，SBS改性沥青胶浆的 ${{G}}^{\mathrm{*}}{\text{、}}\delta {\text{及}}{{G}}^{{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$随温度的升高呈现出相似的变化规律，即 ${{G}}^{\mathrm{*}}$和 ${{G}}^{\mathrm{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$逐渐降低，降低速率先快后慢并逐渐趋于稳定； $ \delta $呈现先增大后减小的趋势，变化幅度较小. 说明高温环境对胶浆的复数模量和车辙因子影响较大. 温度的升高降低了沥青胶浆分子间的相互作用力，导致胶浆从弹性逐渐向黏性转变，温度越高沥青胶浆的高温性能越差，这与实际施工中沥青材料在较高温度下呈现黏流态一致.

2）在相同试验温度下，随着盐蚀干湿循环作用次数的增加，胶浆的 ${{G}}^{\mathrm{*}}$和 ${{G}}^{\mathrm{*}}/{\rm{sin}}\;\delta$增大， $ \delta $减小，说明胶浆弹性成分增多，在交通荷载作用下，胶浆的变形更易恢复，盐蚀干湿循环作用提高了胶浆的高温抗变形能力.

3）对比空白组，随着干湿循环次数的增加，试验环境对胶浆高温流变性能各个参数有着严重的影响. 较清水环境而言，在相同的干湿循环次数和盐质量分数试验条件下，Na₂SO₄对胶浆的 ${{G}}^{\mathrm{*}}$、 ${{G}}^{\mathrm{*}}/ {\rm{sin}}\;\delta$和 $ \delta $影响最大.

通过MSCR试验，得到SBS改性沥青胶浆对照组在0.1 kPa和3.2 kPa应力作用下的试验时间–应变变化图，如图6所示. 由图6可知，胶浆在低应力荷载作用下的蠕变恢复较大、较快，在高应力荷载作用下的蠕变恢复较小、较慢.

根据式（1）、（2），可以计算得到不同试验环境和干湿循环次数下，0.1 kPa和3.2 kPa应力水平作用下胶浆的 $ R $和 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r}} $. 为了便于分析比较，绘制成柱状图，如图7所示.

由图7可知，在同一试验条件下，胶浆的蠕变恢复率 $ {R}_{3.2}<{R}_{0.1} $，不可恢复蠕变柔量 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2}>{J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},0.1} $，说明应力越大，沥青胶浆越易产生不可恢复变形，在0.1 kPa低应力水平作用下胶浆的抗高温变形能力较好. 在同一试验环境中，随着干湿循环次数的增加，R减小， $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r}} $增大，这与实际道路上较大的轮胎压力易产生较深的车辙（永久变形）是对应的.

1）蠕变恢复率 $ R $. 与对照组相比，在0.1 kPa作用下，当干湿循环次数为8、15及25时，清水环境中R分别降低了2.64%、5.55%、8.62%；NaCl环境中R分别降低了3.38%、6.72%、10.50%；Na₂SO₄环境中R分别降低了5.00%、8.86%、11.83%. 在3.2 kPa作用下，当干湿循环次数为8、15及25时，清水环境中R分别降低了4.16%、6.46%、9.56%；NaCl环境中R分别降低了4.61%、6.99%、10.70%；Na₂SO₄环境中R分别降低了5.14%、10.97%、14.27%.

2）不可恢复蠕变柔量 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r}} $. 在0.1 kPa作用下，当干湿循环次数为8、15及25时，清水环境中 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},0.1} $分别增加了3.45%、7.43%、12.30%；NaCl环境中的 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},0.1} $分别增加了7.82%、16.47%、22.26%；Na₂SO₄环境中的 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},0.1} $分别增加了10.84%、26.30%、34.86%. 在3.2 kPa作用下，当干湿循环次数为8、15及25时，清水环境中的 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $分别增加了5.16%、10.68%、21.25%；NaCl环境中的 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $分别增加了8.04%、20.05%、29.14%；Na₂SO₄环境中的 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $分别增加了12.97%、32.03%、46.90%.

综上，在相同试验环境下，干湿循环次数越多，对胶浆的 $ R $和 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r}} $影响越大；在相同干湿循环次数作用下，Na₂SO₄试验环境对胶浆的 $ R $和 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r}} $影响最大，NaCl环境次之，清水环境最小. 说明干湿循环作用次数和试验环境的不同均会使得胶浆的黏性成分增多，弹性成分减少，变形恢复能力降低，高温抗变形能力增大，这与胶浆的常规剪切流变试验结果较一致.

结合常规剪切流变和MSCR试验结果可知，高温高湿盐环境对SBS改性沥青胶浆的高温流变性能产生了较大影响. 原因主要有以下两点.

1）盐溶液对沥青胶浆的侵蚀作用.

Camaro等^[16-19]的研究成果表明，盐溶液中的盐分在干湿循环作用下易侵入胶浆内部空隙，在无机盐“盐析作用”^[18]和Na⁺“乳化”效应^[19]的双重作用下，胶浆内部的水溶性物质、亲水基团被盐水溶解、抽提或吸收，破坏SBS改性剂和沥青相的稳定结构，导致胶浆发生水盐老化，增加胶浆的弹性成分^[20-21]，提供高温的抗车辙性能.

2）盐分的结晶膨胀作用.

在干湿循环过程中，盐溶液往复进入胶浆内部空隙和微裂缝中，残留在空隙和微裂缝的盐溶液在高温条件（60 °C）下水分不断蒸发，溶液质量分数升高，盐晶粒开始析出；当胶浆处于低温湿状态（20 °C、溶液）时，残留在空隙和微裂缝的盐晶粒开始溶解. 在反复高温高湿盐环境作用下，残留在空隙和微裂缝的盐晶粒在膨胀作用下将会刺破裹附在矿粉颗粒表面的沥青膜，影响胶浆的高温流变性能. 由于硫酸钠和氯化钠的溶解度和结晶时吸附的结晶水数量不同，在相同条件下，硫酸盐晶体的体积远远大于氯化钠盐晶体的体积，致使硫酸盐溶液对沥青胶浆高温性能影响较大.

为了探究SBS改性沥青胶浆在60 °C下的高温性能指标 ${{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2}$与常规剪切流变试验参数、干湿循环次数及试验环境之间的关联程度，以 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $为参考序列 ${{{X}}}_{0}^{*} $，以 ${{{X}}}_{1}^{*} $ $ ({G}^{\mathrm{*}}/\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\;\delta) $、改进型车辙因子 ${{{X}}}_{2}^{*} $ $ {(G}^{\mathrm{*}}/(1-1/(\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\;\delta \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\;\delta) )) $^[22]、干湿循环次数 ${{{X}}}_{3}^{*} $（8、15、25）、试验环境 ${{{X}}}_{4}^{*} $（清水、氯盐及硫酸盐）为比较序列. X₀~X₄为无量纲化后的 ${{{X}}}_{0}^{*} $~ ${{{X}}}_{4}^{*} $. 根据 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $与 ${G}^{\mathrm{*}}/\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\;\delta$、 ${G}^{\mathrm{*}}/(1-1/(\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\;\delta \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\;\delta ) )$间的灰关联度，以及 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $与干湿循环次数和试验环境之间的灰关联度，探究 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $指标评价胶浆高温流变性能的可靠性，确定最不利的外部环境因素.

将参考序列和比较数据原始数据进行汇总，如表3所示. 以清水环境中的各数据资料计算为例，说明各因素之间灰色关联度的计算过程，氯盐和硫酸盐环境仅给出计算结果.

依据1.3节的灰色关联分析步骤，建立参考序列及比较序列，按式（3）进行无量纲化处理，数据处理结果见表4. 结合式（4）、（5）求得绝对值差序列，计算求解灰关联系数，数据结果如表5、6所示. 结合式（6），计算得到清水环境中参考序列和比较序列之间的关联度. 同理得到氯盐和硫酸盐环境中参考序列和比较序列之间的关联度，将结果汇总于表7.

从表7可知，在不同试验环境中，SBS改性沥青胶浆 $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $与X₂的灰关联度较大，说明用 ${{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2}$指标评价SBS改性沥青胶浆的高温流变性能是可靠的，这与文献[23]的研究结果较一致. $ {J}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2} $指标与各个试验环境的灰关联度均大于0.93，与干湿循环次数的灰关联度均低于0.63，说明试验环境因素对胶浆的高温性能影响较大. 为了使处于盐环境中的沥青路面在高温高湿的夏季具有较好的高温流变性能，建议采用日常清扫、定期洒水冲洗的方式减少沥青路表面盐分的累积，减轻盐分对材料的侵蚀，延长沥青路面的服役寿命.

（1）常规剪切流变试验结果表明，随着温度和干湿循环作用次数的增加，SBS改性沥青胶浆的复数剪切模量和车辙因子均呈增大趋势，相位角呈减小趋势. 说明温度的升高和盐蚀干湿循环作用次数的增加均会改变SBS改性沥青胶浆的黏弹性性能.

（2）MSCR试验结果表明，随着干湿循环作用次数的增加，SBS改性沥青胶浆的蠕变恢复率呈减小趋势，不可恢复蠕变柔量呈增大趋势. 说明盐蚀干湿循环次数会显著影响SBS改性沥青胶浆的高温流变性能.

（3）灰色关联度分析结果表明，在不同的试验环境中，试验 $ {{J}}_{\mathrm{n}\mathrm{r},3.2}$指标评价SBS改性沥青胶浆的高温流变性能是可靠的. 高温高湿盐环境中沥青路面盐分的积累对其高温性能影响较大.

（4）同种试验条件下，硫酸盐环境对SBS改性沥青胶浆的高温性能影响最大，氯盐环境次之，普通无盐环境最小.