沥青胶结料在沥青混合料中主要起着黏结矿料的作用，而在低温地区频繁的冻融循环作用以及强烈的紫外线照射会使得沥青变脆变硬*终破坏沥青胶结料的黏结作用，其应力松池性能随之降低，*路面会在低温环境下产生疲劳裂缝，严重影响道路的使用年限和行驶安全。我国幅员辽阔，有215*104km2的多年冻土环境，*北方路面使用温度*低可达－40℃因此更应重视沥青低温性能的研究和评价，而评价方法的不同可能会产生不同的结论。随着对沥青低温性能要求的不断提高，对低温性能评价指标也经历了长时间的研究和探索，国内外产生了许多评价沥青低温性能的不同方法，主要有低温针人度、低温延度或测力延度、脆点或当量脆点、低温黏度、弯曲梁流变试验(BBR)、直接拉伸试验(DTT)等相关评价方法⑴。各个评价指标各有其优缺点，许多情况下需要采取不同的评价方法综合考虑以*终确定沥青低温性能的优劣。但是，目前我国仍主要釆用“八五”时期提出的当量脆点T1.2和10℃延度的双指标进行低温抗裂性能的评价，这些传统指标经验性和误差较大，对低温性能的控制效果较差。
随着对道路质量要求的不断提高，基质沥青很难再满足要求，因此改性沥青应运而生并很快发展起来，沥青中加入高分子聚合物之后体系变得更加复杂，原来体系的流变特性也发生了很大程度的变化，再用传统的实验方法和指标评价改性沥青的低温性能变得愈加艰难。传统的延度试验因其简单、直观等优点~直被作为评价沥青路用性能的重要指标。当前，低温延度是我国现行改性沥青技术规范中唯~的低温性能指标，但低温延度能否准确评价改性沥青的流变性~直受到广泛质疑。现在越来越多的研究表明，低温延度试验与弯曲梁流变试验(BBR)的相关性不高，因其误差和经验性的影响，延度值的大小并不能很好的反应沥青低温性能的优劣。鉴于此种情况，研究人员提出了利用测力延度(FDT)试验来评价沥青低温流变性能的建议并得到了广泛接受。
测力延度简介
为寻找~种评价沥青低温性能的合理方法，早期研究者们进行了大量的探索和研究，在这种背景下，1976年美国的Dougla AndersonＩ和MaxWileyL首次提出测力延度试验方法，试验温度为4℃。同年，沥青路面铺筑技术协会出版的年刊把测力延度试验介绍给沥青技术人员，该技术得以初步推广。当时的沥青技术人员开始使用测力延度试验中的延度值和其对应的拉力来评价沥青的低温性能。1985年，前沥青研究协会主任DR.ScottShuler发表的论文中提出了对测力延度试验的修改完善方法，大大提高了试验的精确性，但其研究主要还是针对于改性沥青。美国的AASHT0T－300和澳大利亚的AUS－TROADS Modified Binder TestMBT23：2001均有测力延度试验方法，但由于其试验方法完善性方面还存在不足，在美国*近版本的ASTM中测力延度并未出现。目前欧洲、美国以及南非都在加大力度对测力延度试验进行探索研究。
所谓测力延度试验，即在进行传统的沥青延度试验的同时检测出拉力的变化情况，与直接拉伸试验(DTT)有相似之处，测力延度试验的设备很简单，在普通标准延度仪的基础上加装测力传感器以及数据采集处理系统即可。由于温度对沥青酿的影响较大，因此要求温度控制系统尽量精确，测力延度仪的拉伸速度~般为50mm/min，试模一般采用普通的八字模或者~字模，试件的制作成型与普通延度试验相同，恒温结束进行试验时由计算机系统自动采集相关信息，包括荷载、延伸度数据等，并绘制荷载－延伸度曲线。在绘制的曲线上可以直接读取峰值力、延伸度、屈服应变能等相关数据。试验结束后可保存并输出相关数据以及荷载－延伸度曲线图。我国所使用的测力延度仪主要从国外进口，自主研发制造的较少。
测力延度中各评价指标及定义
荷载~延伸度典型曲线分析
下面重点以改性沥青的荷载－延伸度典型曲线为例京进行分析
中AB段为FDT曲线上升部分的直线段,点C是曲线的*高点,DE段为FDT曲线下降部分的直线段,点H是线段DE的延长线与X轴交点,S,为曲线 OABCD与直线EH所围成图形的西积部分,St为曲线EF与直线EH、直线HG、直线FG所田成图形的面积部分。F为改性沥青对应的峰值力,D。为峰值力所对应的延伸度。
基质沥青中加人改性剂后增大了沥青高分子材料链状结枃的牢固帮度,结力相对于改性之前也相应增加,所以在加荷载的初期沥青会先发生较短时间的弹性形变,由直线AB的斜率就可以计算出反应基质沥青黏弹特性的劲度模量值,AB段斜率越大说明基质沥青的黏性越大,低抗裂性能就差。相反,则基质沥青有较好的低温抗裂能力。FDT曲线随着蒨载的增大而呈上升趋势(0ABC.上升段),荷载续增大直到沥青试样的内部出损伤,FDT曲线就开始出现值,当沥青内部应力达到试样的屈服强度就会出现短暂的服阶段;眼过后,改性剂的线状高分子结构开始发挥作用,使得沥青的黏韧性即柔度大增强,进而改了青试样的低温抗裂性能,试样慢慢进入应力松弛阶段(CDE阶段),改性沥青的荷截也随之降低直到E点。进人应力松弛阶段后,随着时问的增加,改性青试样中分子结构开始由无序渐渐变为有序,E点之后试样将进入变形快速增加阶段即变阶段。在变阶段内试样的名义应力几乎保持不变,试样开始发生頸缩并产生均匀塑性变形;随着延伸度增加，颈缩区沿着拉伸方向不断增加，颈缩处的横截面积慢慢减小，*终试样被拉断(F点)。
FDT曲线是众多荷载~延伸度曲线中较典型的~种，基质沥青的不同、改性剂种类的不同、沥青老化状态的不同、试验温度的不同都会导致荷载~延伸度曲线发生变化，不同的FDT曲线反应出沥青试样不同的低温性质，根据FDT曲线就可以判断沥青低温性能的差异。
基质沥青的FDT曲线达到峰值后快速下降，后期并未出现改性沥青曲线中的蠕变阶段；随着延伸度的增加，拉力急剧下降*终试样断裂。
测力延度各评价指标定义
虽然不同沥青会有不同的FDT曲线，但FDT曲线只能定性描述不同种类沥青的低温性能差异，为了更加精确的对沥青低温性能做出判断，需要定义~些评价指标来定量反映沥青的低温性能。目前采用较多的评价指标主要有拉伸柔量、当量劲度(基质沥青和改性沥青)、屈服应变能、黏韧性面积、韧性比等。
拉伸柔置f
研究表明，拉伸柔度在沥青老化前后的变化规律一致，而且显著影响了沥青混合料的低温弯曲蠕变速率和弯曲应变能密度，由于它综合考虑了低温状态下沥青的变形和所受拉力双重因素，拉伸柔度对改性沥青各样品之间具有较好的区分度，因此利用拉伸柔度来评价沥青的低温性能具有~定的合理性。
基质沥青当置劲度Sa
基质沥青当量劲度Sa是指2~8mm延伸度内荷载~延伸度数据线性回归(R2＞0.9)后直线的斜率。
SBR当量劲度SSBR
SBR当量劲度SSBR是指对应于20~35mm延伸度内的荷载~延伸度下降段直线的斜率。
屈服应变能￡
屈服应变能￡反映了沥青材料在被拉伸过程中，从开始变形到屈服点这一阶段中，外力对沥青材料所做的功。瓦值越大，表明在拉伸过程中沥青内部应力值越大。即屈服应变能越大，沥青材料的低温抗裂性能越差；反之，沥青材料就具有较好的低温抗裂性能。
黏朝性面积S
黏韧性面积S是指荷载~延伸度曲线与X轴所围成区域的面积(延度在1.2m内的面积)，黏韧性面积S也常被称为拉断功W。拉断功是指沥青材料在外力作用下从开始变形到拉断过程中，外力对沥青材料所做的功。有学者认为，拉断功可以更加全面的评价沥青材料的低温性能，而延度、屈服应变能等只是反映了沥青材料低温受力情况下的阶段性特征，另外，拉断功对评价聚合物复合改性沥青的低温性也同样适用。
韧性比KT/v
DH直线段、DF曲线与Ｘ轴围成区域的面积，称为韧性面积ST；将FDT曲线的下降段中的DE直线段(对应20~35mm延伸度的FDT曲线)延长与尤轴相较于H点，即曲线OABCD与直线DH、0H所围成区域的面积，称为黏弹性面积Sv。二者的比值即为韧性比。韧性比的计算方法很多，主要有质量法、曲线面积积分法、AutoCAD面域计算法、求积仪计算面积法、毫米方格纸估算法等。各方法具体计算过程如下：
质量法。此方法的前提是假定所用纸张密度和厚度相同，即不同面积比即可转化为质量比。将FDT曲线打印于测定纸张上，分别剪下Sr、Sv部分并分别对两部分称重，准确至0.001g
。
2)曲线面积积分法。此方法即利用积分的方法直接求取ST、Sv，测力延度仪的荷载、延伸度等试验数据均为间隔2s采集1次，所以可将曲线面积离散成5/3mm(拉伸速率为5cm/min)宽、相应荷载高的若干矩形，然后利用相关软件(Excel、Origin等)进行积分得出面积St、Sv，*计算韧性比。AutoCAD面域计算法
打印FDT曲线并进行扫描，利用AutoCAD手动绘制形状基本相同的FDT曲线，然后利用面域求积的方法求取各部分面积，*直接进行靭性比计算。
3)求积仪计算面积法。该方法较为简便，直接利用求积仪计算出各部分面积即可。
4)毫米方格纸估算法。将FDT曲线用毫米方格纸打印出来，数出ST、Sv面积对应部分的方格数，不完整方格按照超过三分之二就按完整方格计算的原则，那么各部分方格数之比就可近似认为是各部分面积之比。
韧性比是测力延度试验中十分重要的评价指标，得到了国内外许多专家学者的认可。初性比越大，沥青材料的低温抗裂性能越好；反之，低温性能越差。许多研究者将韧性比Rt/v与BBR试验中的m值进行关联，发现韧性比Rt/v与m值有很好的相关性。BBR试验中的m值能够客观有效地反应沥青劲度的时间敏感性和应力松弛性能。当S值相近时，m值越大，说明其应力松弛性能*，即沥青低温抗裂性能也就越好。按照SHRＰ研究计划评价沥青低温抗裂性能的相关标准，m值应该不小于0.3，大量试验结果发现如果用韧性比评价沥青低温抗裂性能，Rt/v应近似不小于5.0。鉴于试验的复杂性和试验条件的限制，目前还没有确定出~个与m值相对应的精确的，是这个近似值仍然能充分说明测力延度试验与BBR试验之间具有很好的关联性，这更加证明采用测力延度试验评价沥青低温性能是合理的。
测力延度试验各个评价指标之间相互关联但又各有侧重点，采用不同指标评价沥青材料的低温性能可能会有~定差异。目前，屈服应变能、拉断功、籾性比在评价沥青材料低温性能中应用*为广泛，许多学者一致认为利用这三个指标能很好地评价沥青材料的低温性能。而在评价沥青材料的老化特征时，韧性比的评价效果*。但韧性比的计算方法过于复杂，测力延度仪不能直接输出韧性比值，因此~种简单有效计算韧性比的方法亟待开发。
测力延度试验的特点与优势
测力延度试验的出现与发展应用和其自身的特点及优势密不可分，总体看来，测力延度有如下几个方面的特点与优势：
1)试验简单直观。测力延度试验是在传统延度试验的基础上改进发展起来，制样简单，操作方便，易于理解。
2)便于接受并推广。延度试验已经被广泛接受并应用，而测力延度仪只是在普通延度仪的基础上添加了测力传感器和数据采集分析系统，仪器可直接进行改装普及，人员培训简单。
3)仪器成本低廉。SHRＰ研究计划的BBR仪器虽然能够很好的评价沥青材料的低温性能，但器材主要从国外进口，价格昂贵，目前尚未在国内科研院所进行普及。而测力延度仪价格相对较低，对沥青材料低温性能的评价效果较好。
4)适用于改性沥青。改性沥青的流变性能与基质沥青相差很大，适用于普通沥青的试验方法(延度试验)已不足以用来表征改性沥青，而测力延度试验则可以很好的表征改性沥青。测力延度试验的荷载~延伸度曲线会有两个斜率出.现，拉伸初期出现的斜率可以反映基质沥青的性质影响，而拉伸后期出现的斜率则与改性沥青的性能及改性效果具有相关性。因此，测力延度试验可以更好的评价改性沥青的低温性能。
5)评价指标全面、丰富。通过测力延度试验可以得到拉伸柔量、当量劲度、屈服应变能、黏靭性面积、軔性比等一系列评价指标，多个指标综合评价沥青性能，避免了单~指标评价的片面性，使结果更有说服力。
6)可初步判断沥青胶结料的类型。不同类型的沥青胶结料会呈现出不同的FDT曲线，因此可根据出现的FDT曲线初步判断沥青胶结料类型。
7)评定沥青胶结料的感温性能。测力延度试验的峰值力与温度之间具有很好的相关性，利用萃种相关性可评定沥青胶结料的感温性能。
8)具有继续探究价值。对测力延度试验的研究还不够深人，对其中一些问题还缺乏足够认识，因此测力延度可能对沥青胶结料的其他性能也有较好的检测作用，值得好好探究。
测力延度试验存在的问题
虽然测力延度试验在仪器成本和评价方法上具有~定优势，并且与BBR试验具有较好关联性，但是测力延度试验依然存在~些问题和不足：
1)试验对温度要求严格。在试验过程中如果温度过高，试样的拉力值会较小，荷载~延伸度曲线会因仪器的精度问题出现波动；如果选择的温度过低，试样会发生脆断，不能得到有效的FDT曲线。
2)制样误差大。试样的制作经验性大，试样制作过程中对试样的轻微损伤会对所测数据产生很大的影响，试验的精确度难以保证。
3)数据处理过程复杂。测力延度试验的评价指标众多，计算过程复杂，尤其籾性比的计算很难做到精确，计算过程中的近似会影响试验的精确性，因此亟待寻找~种简便精确的计算方法。
4)与BBR关联的精确性不足。许多研究将测力延度试验中的軔性比与BBR试验中的；n值进行关联，发现有较好的相关性。但当m值大于0.3时，性比该大于多少至7仍没有－个精确值，目前只能确定该值在4.0到6.0之间，还需进~步确定。
5)未得到广泛普及。由于国内欠缺对测力延度的研究，国内研究人员至今没有认识到测力延度试验的重要性，许多科研单位没有配置测力延度仪，部分配置了测力延度仪的科研院所对其不够了解，将其作为普通延度仪使用，仅用来获取延伸度值而不考虑拉力的变化，导致大材小用。
结语
测力延度试验是在普通延度试验基础上发展起来的~种评价沥青材料低温性能的试验方法，由于仪器设备价格低廉、评价指标全面并能很好地符合改性沥青的特性等优点，受到了国内外研究人员的重视。大量研究表明，测力延度试验与BBR试验具有较好的相关性，这充分肯定了测力延度试验在评价沥青低温性能方面的合理性。SHRP研究计划的相关设备价格昂贵，增加了科研院所的经费负担，因此利用测力延度试验。来评价沥青低温性能显得非常有必要。虽然目前测力延度试验还存在~些问题，但是随着科研人员对其研究的不断深人，测力延度的试验和评价方法~定会越来越完善，普及程度也会进一步提高。因此，测力延度试验有着广阔的发展和应用前景。
