曾文

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420）

1 引言

瀝青結(jié)合料作為一種溫度敏感性的黏彈性材料，高溫時(shí)表現(xiàn)為黏性，低溫時(shí)表現(xiàn)為彈性，在溫度為30℃～50℃時(shí)，瀝青結(jié)合料表現(xiàn)為黏彈性。瀝青路面出現(xiàn)的變形體現(xiàn)了瀝青材料的黏彈性力學(xué)特征，這與瀝青材料自身抵抗剪切變形的屬性有關(guān)。為了提升瀝青材料抵抗剪切流變的能力，向?yàn)r青中摻加一定量廢舊輪胎磨細(xì)制備的橡膠粉已被證明為一種有效途徑，并解決了廢舊輪胎引起的環(huán)境污染問題[1]。

老化對(duì)橡膠瀝青具有較大影響，老化后橡膠瀝青的化學(xué)組成產(chǎn)生較大的變化，從而影響橡膠瀝青的路用性能。Wang Q等[2]研究了光老化前后橡膠瀝青流變性能的變化及老化機(jī)理，提出使用環(huán)氧材料、層狀雙氫氧化物及維他連接劑作為改性劑可提高橡膠瀝青的抗老化性能。Xiang L 等[3，4]采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱模擬熱氧老化條件，比較分析了橡膠瀝青、橡膠/SBS 復(fù)合瀝青老化前后流變性能變化，并闡述了熱氧老化機(jī)理。Rasool 等[5]揭示了SBS橡膠瀝青在熱和紫外輻射后流變性能的變化，闡述了SBS與橡膠粉具有較好的相容性。Ibrahim等[6]利用γ輻射對(duì)橡膠改性瀝青進(jìn)行老化處理，并研究了橡膠改性瀝青的抗老化特性和流變性能。肖鵬等[7，8]研究了橡膠瀝青的性能變化，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀、彎曲梁流變儀測(cè)試了橡膠瀝青紫外和水老化后的疲勞性能、低溫蠕變性能等。李寧利等[9，10]提出了適于橡膠瀝青的老化方法，并研究了橡膠瀝青的老化機(jī)理。齊秀廷等[11]通過室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M室外紫外輻射，對(duì)溫拌橡膠瀝青進(jìn)行紫外老化，研究了紫外老化對(duì)溫拌橡膠瀝青流變性能的影響。

綜合分析上述文獻(xiàn)，目前對(duì)于橡膠瀝青的研究和應(yīng)用比較廣泛，但對(duì)于不同環(huán)境條件下橡膠瀝青的老化、特別是紫外引起的老化問題以及對(duì)短期老化和紫外老化水平的對(duì)應(yīng)關(guān)系研究較少。因此，本文在制備橡膠瀝青的基礎(chǔ)上，測(cè)試橡膠瀝青的基本性能，利用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱和耐黃變?cè)囼?yàn)儀分別對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行不同溫度和不同老化時(shí)間條件下的老化，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀測(cè)試不同老化模式橡膠瀝青的高溫流變性能，并對(duì)比短期老化與紫外老化試驗(yàn)的老化水平對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 原材料性質(zhì)及橡膠改性瀝青的制備與老化

2.1 基質(zhì)瀝青的性質(zhì)

本文所使用的基質(zhì)瀝青為SK90#，其基本性能指標(biāo)見表1。

表1 SK90#基質(zhì)瀝青的基本性能指標(biāo)

2.2 橡膠改性瀝青的制備與老化

選用20目的橡膠粉，橡膠粉的外摻比例為20%，將SK90#基質(zhì)瀝青加熱至175℃，在均勻摻加橡膠粉的同時(shí)，啟動(dòng)攪拌器以500r/min 的速度攪拌，至橡膠粉摻加結(jié)束。在保證橡膠瀝青控制溫度為175℃條件下，設(shè)置高速剪切機(jī)的速率為5000r/min，剪切45min，利用攪拌器將高速剪切后的橡膠瀝青以200r/min 的速度緩慢攪拌，發(fā)育60min，制備成橡膠瀝青。

將制備的橡膠瀝青倒入老化盤中，每盤倒入的質(zhì)量為50g，分別放入旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱和耐黃變?cè)囼?yàn)機(jī)中進(jìn)行短期老化及紫外老化，兩種老化模式的老化時(shí)間為6h、12h，紫外老化溫度分別為40℃、60℃和100℃。

3 橡膠瀝青老化后的路用性能

3.1 針入度

不同老化模式下的橡膠瀝青黏稠程度以針入度（25℃）指標(biāo)進(jìn)行表征，針入度測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同老化模式橡膠瀝青的針入度

由圖1 可以看出，12h 的短期老化和紫外老化的針入度均小于6h 的針入度，說明隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)橡膠瀝青更加黏稠。此外，經(jīng)短期老化的橡膠瀝青針入度均小于紫外老化，與三組紫外老化6h 時(shí)的老化模式相比，短期老化6h的針入度分別減小了16.2%、10.2%、1.9%，與三組紫外老化12h 的老化模式相比，短期老化12h 的針入度分別減小了20.4%、13.8%、1.4%，短期老化對(duì)于橡膠瀝青的影響大于紫外老化，紫外老化模式下，隨著老化溫度的升高，針入度逐漸減小，這是由于高溫使得橡膠瀝青中的輕質(zhì)組分向分子量較大的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化。

3.2 軟化點(diǎn)

不同老化模式下的橡膠瀝青高溫性能以軟化點(diǎn)進(jìn)行表征，軟化點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同老化模式橡膠瀝青的軟化點(diǎn)

由圖2可知，老化12h橡膠瀝青軟化點(diǎn)均大于老化6h的軟化點(diǎn)，短期老化后的軟化點(diǎn)均大于紫外老化，與三組紫外老化的6h老化模式相比，短期老化6h的軟化點(diǎn)分別增加了8.8%、7.4%、3.0%，與三組紫外老化12h的老化模式相比，短期老化12h 的軟化點(diǎn)分別增加了13.1%、10.2%、6.3%。紫外老化模式下，隨著老化溫度的升高，軟化點(diǎn)逐漸增大，說明較長(zhǎng)的老化時(shí)間和短期老化模式均提高了橡膠瀝青的高溫性能。

3.3 延度

不同老化模式下的橡膠瀝青低溫性能以延度進(jìn)行表征，5℃的延度測(cè)試結(jié)果見圖3。

圖3 不同老化模式橡膠瀝青的延度

由圖3可知，老化12h橡膠瀝青延度均小于6h老化的延度，短期老化后的延度均小于紫外老化，與三組紫外老化6h的老化模式相比，短期老化6h的延度分別減小了16.4%、12.8%、5.0%，與三組紫外老化12h 的老化模式相比，短期老化12h 的延度分別減小了19.1%、13.7%、5.0%，短期老化對(duì)于橡膠瀝青低溫性能的影響高于三組紫外老化模式。紫外老化模式下，隨著老化溫度的升高，延度逐漸減小。

3.4 高溫流變性能

為了研究不同老化模式下橡膠瀝青的高溫流變性能，本文利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀測(cè)試橡膠瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角，并計(jì)算車轍因子。復(fù)數(shù)剪切模量用于衡量橡膠瀝青經(jīng)受重復(fù)剪切應(yīng)力所產(chǎn)生的總阻力，而車轍因子是衡量瀝青材料抵抗永久變形能力的指標(biāo)，復(fù)數(shù)剪切模量、車轍因子越大，瀝青在高溫時(shí)的耗能越少，剪切永久變形越小，抗車轍能力越強(qiáng)。不同老化模式下橡膠瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量和車轍因子的測(cè)試結(jié)果如圖4 和圖5 所示，復(fù)數(shù)剪切模量、車轍因子的溫度范圍為40℃～76℃。

圖4 不同老化模式的橡膠瀝青復(fù)數(shù)剪切模量

圖5 不同老化模式的橡膠瀝青車轍因子

分析圖4可知，老化6h和12h的橡膠瀝青復(fù)數(shù)剪切模量均隨溫度的升高而減小，并且老化6h在低于50℃、老化12h在低于55℃時(shí)復(fù)數(shù)剪切模量出現(xiàn)急劇衰減，之后隨著溫度增加趨于平穩(wěn)降低，老化12h的復(fù)數(shù)剪切模量均大于老化6h。短期老化后的復(fù)數(shù)剪切模量均高于三組紫外老化，紫外老化100℃的復(fù)數(shù)剪切模量大于其他兩組紫外老化，說明老化模式、老化溫度和老化時(shí)間對(duì)于橡膠瀝青的高溫性能具有較大的影響。

由圖5發(fā)現(xiàn)，不同老化模式橡膠瀝青的車轍因子均隨溫度的升高而下降，說明隨著溫度的升高，橡膠瀝青抵抗高溫永久變形的能力下降，這是因?yàn)橄鹉z瀝青從較低溫時(shí)的高彈態(tài)向較高溫時(shí)的黏流態(tài)轉(zhuǎn)化，使得橡膠瀝青中的黏性組分增加，彈性組分減少，橡膠瀝青所經(jīng)受的最大剪切應(yīng)力隨溫度的升高而減小，并引起最大剪切應(yīng)變?cè)龃?，從而?dǎo)致表征高溫抗剪切變形的車轍因子降低。老化12h的車轍因子均大于老化6h的車轍因子，說明老化時(shí)間的延長(zhǎng)，提高了橡膠瀝青抗剪切變形的能力，這與軟化點(diǎn)的變化趨勢(shì)是一致的。短期老化的車轍因子均大于紫外老化的結(jié)果，并且紫外老化模式下老化溫度越高，車轍因子越大，相同老化時(shí)間，短期老化對(duì)于橡膠瀝青高溫流變性能的影響大于三組紫外老化。

4 結(jié)語

①短期老化后，橡膠瀝青針入度、延度均小于紫外老化，老化6h橡膠瀝青的針入度、延度均大于老化12h，而橡膠瀝青的軟化點(diǎn)經(jīng)不同老化模式和老化時(shí)間的變化規(guī)律則相反。

②隨著溫度的升高，橡膠瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量和車轍因子均逐漸減小，相比三組紫外老化模式，短期老化后的復(fù)數(shù)剪切模量、車轍因子均較大。

③老化12h 的復(fù)數(shù)剪切模量和車轍因子均大于老化6h，老化12h的橡膠瀝青具有更優(yōu)的高溫流變性能。

④100℃的紫外老化與短期老化所產(chǎn)生的老化水平較為接近。