根据沥青路面铺筑地区的气候条件、环境因素和承担的交通荷载，要求沥青具有良好的抵抗高温车辙变形、防止或减少低温开裂、足够的抵抗车轮荷载重复作用引起的疲劳破坏以及耐水损坏、耐老化的性能。沥青在拌和、摊铺、碾压等施工流程中还应具有适当温度条件下适度流动的工艺性能。沥青是一种黏弹性材料，其力学性能依赖于环境温度与荷载作用时间。沥青的路用性能、工艺性能和力学性能取决于生产沥青的原油性质及炼制工艺，直接影响沥青路面的使用品质和使用寿命。

沥青是十分复杂的烃类与非烃类的混合物，分子质量大，结构复杂，工业领域按照物理与化学特性相似原则将沥青分解成不同组分来描述其化学组成。通常采用溶解沉淀吸附的四组分方法把沥青分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质。

沥青是一种胶体体系，胶质吸附在分子量大芳香性高的沥青质周围形成胶团核心，胶团弥散溶解于分子量较低、极性较弱的芳香分和饱和分组成的分散介质中。沥青胶体分为溶胶型、凝胶型和溶凝胶型。胶体形态取决于沥青中胶团粒子大小、数量及其在连续相中的分散状态。道路石油沥青主要选用溶凝胶型，其四组分组成搭配直接影响沥青性能。

沥青中含有少量的蜡分。蜡在温度较低时容易结晶析出，结晶减少沥青分子之间的联系，损害沥青的低温延展能力，道路工程中应尽量选择蜡分较低的沥青。

最早用来测定沥青的硬度，现在用来表征一定条件下的沥青相对黏度。针入度测定装置见图1，测定温度为25℃。检测时，将配重至100克的标准针垂直穿入沥青试样，读取5秒内的针入深度作为针入度值，以1/10毫米单位表示。针入度指标适用于黏稠道路石油沥青、改性沥青、乳化沥青残留蒸发物、回收沥青等。中国道路沥青依据针入度大小划分技术等级，常用道路石油沥青标号有30#、50#、70#、90#和110#等，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青则依据针入度大小划分为I-A、I-B、I-C、I-D等。标号小的沥青适用于炎热地区，标号大的沥青适用于寒冷地区。沥青针入度随温度提高变大，可以将针入度随温度变化的程度作为沥青感温性的评价指标。

图1 沥青针入度测定装置

用以表征沥青稠度与温度的依赖关系，主要采用环球法测定沥青软化点。检测时将沥青浇筑在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和质量的钢球，试样在溶液中以5℃/分钟的速度加热并逐渐软化，测定钢球使软化试样下垂至规定高度（25.4毫米）时的温度（℃），此温度即为软化点。软化点测定方法同样适用于黏稠道路石油沥青、改性沥青、乳化沥青残留蒸发物、回收沥青等。

软化点是中国现行沥青技术标准中的主要检测指标。较高的软化点代表沥青具有较好的高温抗变形能力，工程中根据路面所处地区气候条件选择软化点适宜的沥青品种。可以根据沥青的针入度和软化点计算沥青的针入度指数，评价沥青的感温性能。

将沥青浇筑在中间断开的8字形模框中制作成标准试件，在25℃恒温液体中以5厘米/分钟的速度拉伸试模至沥青样品断裂时的长度（厘米）即为延度。通常要求黏稠道路石油沥青延度测定值要大于100厘米。针入度、软化点和延度俗称黏稠沥青的三大指标，也是评定沥青路用性能的重要指标。

通常延度越大表明沥青的塑性越好，中国相关技术标准列入15℃和4℃（拉伸速度为1厘米/分钟）时的延度测定指标，用以评价沥青或改性沥青的低温性能。对于延度特别是低温延度与沥青路用性能的关联性一直存在争议，一些区域或国家的沥青技术标准中已不再列入延度指标。

评价沥青抵抗力动变形能力的技术指标，通常以牛顿流动定律描述。式中为剪应力；为剪变率；为黏度。常用的黏度测定方法包括布式旋转黏度计、真空减压毛细管黏度计、塞尔布特黏度计、工业黏度计等。

真空减压毛细管黏度计主要测定60℃条件下沥青的黏度，用以评价黏稠道路石油沥青或改性沥青抵抗车辙变形的能力。欧美一些国家曾以60℃黏度划分沥青技术等级并发布了相关技术标准，中国现行沥青技术标准中也列入了60℃黏度指标。布式旋转黏度计主要用来测定135℃条件下的沥青黏度，用以保证沥青在施工温度范围内的可流动性。塞尔布特黏度计、工业黏度计等主要用来评价乳化沥青或液体石油沥青的技术性能。

主要用于评价聚苯乙烯丁二烯共聚物（丁苯胶乳，SBR）改性沥青的技术性能。

黏韧性试验装置如图2所示。将半球形金属测头置于沥青试样中，在25℃条件下以500毫米/分钟速度拉伸测头，试样断裂前测得的力与变形曲线如图3所示。将CDFE曲线所围面积定义为韧性，ABE+CDFE所围面积定义为黏韧性。日本《铺装试验法便览》将曲线ABE面积大小解说为沥青试验黏接钢球的握裹力，将CDEF曲线面积定义为试样对于黏性流动破坏的抵抗能力。中国相关规范规定，对于SBR改性沥青需测定其韧性与黏韧性指标来评价其路用性能。

图2 黏韧性测定装置图3 黏韧性测定曲线

在沥青混合料中，沥青以薄膜的形式裹附于集料颗粒表面，依赖沥青与集料表面的物理化学作用可将松散集料颗粒粘接在一起，成为具有固体特性的沥青混合料。沥青具有弱酸性，水分一旦进入沥青混合料内部便有可能破坏沥青与集料颗粒表面的黏结，沥青膜剥落后集料回到松散状态，沥青路面将发生坑槽类“水损坏”。

通常以黏附性指标评价沥青抵抗水分浸入导致沥青-集料界面黏结状态破坏的能力。在现行技术标准中，以规定大小和数量的集料颗粒充分烘干后浸入热沥青中使其表面充分裹附沥青，然后投入沸水中沸煮3分钟，观测集料颗粒表面沥青剥落面积，以其剥落面积多少评价沥青的黏附性。

沥青在空气中逐渐氧化，发生分子结构变大，高分子胶团增加等现象。老化导致沥青失去柔韧性变脆，路用性能变差。高温环境显著促进沥青热老化，由于沥青在储运、拌和、摊铺碾压等工艺过程中均处于高温状态，在工程中控制加热老化十分重要。紫外线辐射等环境条件可能导致光老化，光老化是高海拔地区沥青路面老化损伤的重要原因。

工程中主要采用薄膜烘箱、旋转薄膜烘箱或压力老化试验评价沥青耐老化能力。其原理是将沥青注入试验皿中形成薄膜，在规定的高温条件下使试样充分接触空气，待氧化至规定时间后评定老化试样的路用性能。中国沥青技术标准规定，对于老化后的试样要测定其蒸发损失、残余针入度比、软化点和延度等，这些指标达到标准规定的沥青品种方可为工程使用。

沥青特别是SBS改性沥青具有非牛顿流动特性，其黏度依赖于剪切速度而变化。沥青的黏度在剪切速度趋近于零和无穷大时会呈现大小不同的牛顿流动特性，分别称之为第一牛顿区和第二牛顿区，在中间剪切速度下黏度随剪切速度增加而减少。通常将剪切速度趋近于零的第一牛顿区黏度称为零剪切黏度（图4）。

图4 沥青黏度与剪切速率关系曲线

美国联邦公路局在研究道路沥青PG分级的过程中，认为零剪切黏度可以更好地评价改性沥青的高温性能，并曾经推荐以动态剪切流变仪（DSR）在规定温度下进行频率扫描，并以适当的分析方法确定改性沥青样品的零剪切黏度。

沥青和沥青混合料在荷载作用下的变形随时间增长而变化。如图5所示，在恒定荷载作用下，变形随时间增加而增长的过程称之为蠕变。将描述这一变形行为的函数定义为蠕变柔量，与胡克定律不同，蠕变柔量是时间的函数并随着时间增加而减小。在撤去荷载之后蠕变变形随时间增加可逐渐减小，具有弹性回复的特点。在路面工程中，常以蠕变柔量和蠕变回复特征值作为评价改性沥青抵抗车辙变形能力的技术指标。

图5 蠕变与蠕变回复

道路石油沥青的性能随温度而变化，路面工程中以针入度指数（penetration index，PI）评价沥青的温度敏感性。假定软化点温度下沥青的针入度为800，则PI可由下式计算得到：

兼顾沥青在低温时的脆性、高温时的变形特性和拌和温度条件下的可流动性，道路石油沥青的PI值应控制在-2.0～2.0。值接近于2.0时沥青的感温性较小，接近于-2.0时感温性偏大。有些国家或地区的技术标准建议沥青的感温性宜控制在-1.0～1.0。

与道路石油沥青不同，SBS类改性沥青具有显著的延迟弹性，在外力作用下将产生较大变形，撤去外力后变形随时间逐渐恢复，这样的变形恢复能力通常称为SBS类改性沥青的弹性恢复。在中国现行的技术标准中，以弹性恢复试验评价SBS类改性沥青的弹性恢复能力。其试验原理是，将改性沥青注入中间30毫米为矩形截面的8字形模框中，在规定的温度条件下以5厘米/分钟的速度将试样拉长10厘米后自试样中心剪断，将其静置于光滑的玻璃板上使其变形自然恢复，以1小时后恢复的比例作为评价指标。SBS类改性沥青的弹性恢复与改性剂品种、用量以及分散程度等因素有关，性能优良的SBS类改性沥青弹性恢复可以达到90%以上，是沥青路面工程中评价SBS类改性沥青改性效果的重要指标。

判断SBS改性沥青贮存稳定性的基本技术指标。由于SBS和沥青的相容性与其各自的分子结构和组成有关，作为二者混合物的SBS改性沥青在热力学中属于自由能大于零的不稳定体系。在一定温度条件下，随着时间延长二者具有相互分离的趋势。SBS的密度约为0.92～0.95克/厘米³，小于密度略大于1.0克/厘米³的沥青，SBS与沥青分离后容易上浮，使得工程储罐中的改性沥青沿垂直方向发生性能改变，这一现象称之为离析。离析影响沥青路面工程质量的稳定性和均匀性，必须加以防止。SBS改性沥青的离析程度与SBS改性剂的性能、SBS与基质沥青的配伍性以及混合工艺密切相关，也是控制改性沥青生产质量的重要技术指标。