熊奎元　侯劍楠　韋暢明　朱皓

作者簡(jiǎn)介：

熊奎元（1990—），工程師，研究方向：瀝青路面、市政檢測(cè);

侯劍楠（1994—），碩士，研究方向：瀝青路面技術(shù)咨詢(xún);

韋暢明（1987—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作;

朱 皓（1990—），工程師，主要從事試驗(yàn)管理工作。

摘要：為研究基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青的老化行為，文章采用室內(nèi)PAV試驗(yàn)與室外日照對(duì)瀝青進(jìn)行長(zhǎng)期及短期老化，提出老化指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并采用軟化點(diǎn)試驗(yàn)、針入度試驗(yàn)及BBR試驗(yàn)對(duì)瀝青老化前后性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：SBS改性瀝青的抗老化性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青;隨老化加重，基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)增大，針入度降低，勁度模量增大，使用性能劣化;SBS改性瀝青由于改性劑的持續(xù)降解，在長(zhǎng)期老化過(guò)程中隨老化溫度升高，軟化點(diǎn)先增大后減小，短期老化前期勁度模量先減小后增大。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)瀝青;SBS改性瀝青;老化行為;老化指數(shù)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U416.217A060203

0 引言

公路是資源運(yùn)輸流動(dòng)的重要載體，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基石。截至2020年年末，我國(guó)公路里程達(dá)到519.81萬(wàn)km，其中高速公路為16.1萬(wàn)km，形成了目前世界最大的公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。而瀝青路面憑借其優(yōu)良的行車(chē)舒適性、建養(yǎng)便捷性以及可重復(fù)利用的特點(diǎn)，成為高等級(jí)公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式。瀝青是一種碳?xì)浠衔锖头墙饘傺苌锏膹?fù)雜有機(jī)高分子材料，其作為瀝青路面的膠結(jié)料在日照、高溫及行車(chē)荷載等多種自然因素作用下極易發(fā)生老化反應(yīng)，從而引起瀝青路面發(fā)生車(chē)轍、裂縫等各種病害，降低路面的使用性能及壽命。因此道路工作者展開(kāi)了大量的瀝青老化行為研究，為探索降低老化對(duì)瀝青路面影響的方法提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

瀝青的老化貫穿了瀝青混合料拌和樓生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工和瀝青路面服役全過(guò)程的各個(gè)階段。瀝青的老化實(shí)質(zhì)是瀝青組分比例在外界因素影響下發(fā)生變化，從而導(dǎo)致瀝青性能變化的過(guò)程。目前大量的國(guó)內(nèi)外研究均采用三大指標(biāo)試驗(yàn)、紅外光譜試驗(yàn)、凝膠色譜試驗(yàn)等研究改性瀝青及基質(zhì)瀝青老化前后性能變化或老化過(guò)程組分變化[1-3]，鮮見(jiàn)對(duì)老化程度進(jìn)行定量再展開(kāi)瀝青性能或老化機(jī)理的研究。本文將老化過(guò)程分為長(zhǎng)期及短期兩個(gè)階段，對(duì)每個(gè)階段的基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青老化行為展開(kāi)研究，以期揭示瀝青在老化過(guò)程中的性能變化。

1 原材料與試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

1.1 原材料

本文試驗(yàn)用瀝青選擇東海牌70#基質(zhì)瀝青及岳陽(yáng)石化生產(chǎn)的成品SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

1.2 試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

瀝青的長(zhǎng)期老化性能采用老化指數(shù)評(píng)價(jià)，其由瀝青材料老化前后性能檢測(cè)值變化率計(jì)算得到。老化指數(shù)計(jì)算公式如式（1）所示。

瀝青短期老化性能采用BBR試驗(yàn)測(cè)試瀝青在-18 ℃、-12 ℃、-6 ℃的勁度模量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 SBS改性瀝青長(zhǎng)期老化行為研究

2.1 長(zhǎng)期老化方案

參考《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011），采用壓力老化試驗(yàn)（PAV）對(duì)SBS改性瀝青及基質(zhì)瀝青進(jìn)行長(zhǎng)期老化模擬。試驗(yàn)分兩組，第一組老化溫度控制為90 ℃、100 ℃、110 ℃，時(shí)間控制為20 h;第二組老化溫度控制為100 ℃，老化時(shí)間分別為16 h、20 h、24 h，老化完成后進(jìn)行性能檢測(cè)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

瀝青老化前后軟化點(diǎn)及針入度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知：

（1）隨老化溫度升高，老化時(shí)間延長(zhǎng)，基質(zhì)瀝青的高溫性能持續(xù)改善，而SBS改性瀝青的高溫性能先提高后降低。這是因?yàn)殡S溫度升高或時(shí)間延長(zhǎng)，基質(zhì)瀝青老化加重，瀝青中的瀝青質(zhì)重組分含量增加，瀝青表現(xiàn)為“更耐熱”，故軟化點(diǎn)持續(xù)升高;SBS改性軟化點(diǎn)隨老化時(shí)間延長(zhǎng)或老化溫度升高，軟化點(diǎn)出現(xiàn)先降低后升高趨勢(shì)。這可能是瀝青中的SBS在老化前期出現(xiàn)大量降解，從而軟化點(diǎn)下降，而后期SBS基本完全降解，瀝青的老化作用占據(jù)主導(dǎo)地位[4]，因此老化后期又出現(xiàn)軟化點(diǎn)上升現(xiàn)象。

（2）隨老化溫度升高，老化時(shí)間延長(zhǎng)，基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青的針入度均呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S時(shí)間推進(jìn)或者溫度升高，兩種瀝青的老化程度均得到進(jìn)一步加深，瀝青中大量飽和分和芳香分等輕質(zhì)組分逐漸變成瀝青質(zhì)，瀝青變得脆硬，從而針入度下降。

（3）根據(jù)老化指數(shù)計(jì)算方法，計(jì)算軟化點(diǎn)和針入度的老化指數(shù)，并繪制曲線如下頁(yè)圖1所示。在兩種老化因素控制條件下，SBS改性瀝青針入度老化指數(shù)和軟化點(diǎn)老化指數(shù)均低于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明SBS改性瀝青的老化程度更低，具備更優(yōu)良的抗老化能力。

3 SBS改性瀝青短期老化行為研究

PAV試驗(yàn)可以模擬瀝青路面服役5～7年后瀝青膠結(jié)料的老化情況，而瀝青中含有大量的飽和分，這種組分在高溫條件下極易發(fā)生氧化或揮發(fā)，因此對(duì)PAV老化瀝青的研究并不能反映出瀝青早期的性能變化。因此本文將開(kāi)展瀝青短期老化特征研究。

3.1 短期老化試驗(yàn)方案

將經(jīng)過(guò)RTFOT老化后的基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青澆于玻璃器皿中，厚度控制為3.2 mm，蓋上玻璃蓋防止雨水和灰塵污染，然后置于室外日照處。每3個(gè)月收回部分試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。短期老化試驗(yàn)參數(shù)及試件參數(shù)如表3所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青短期老化的BBR試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。勁度模量是指瀝青在低溫條件抵抗荷載的量值，用以評(píng)價(jià)瀝青低溫抗變形能力，勁度模量越大，瀝青粘彈性能和韌性越差，瀝青越易脆裂。

（1）瀝青低溫抗裂性能隨溫度降低而劣化。由表4可知，隨試驗(yàn)溫度降低，兩種瀝青的勁度模量均隨溫度降低而增加，瀝青的低溫抗變形能力減弱。這是因?yàn)樵囼?yàn)溫度降低，凍結(jié)了瀝青的鏈段運(yùn)動(dòng)，瀝青變得脆硬，瀝青中的彈性成分增加，從而低溫性能降低。

（2）隨老化時(shí)長(zhǎng)增加，基質(zhì)瀝青的低溫性能降低。由圖2（[HTSS]a）可知，基質(zhì)瀝青的勁度模量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且先慢后快。這是因?yàn)殡S老化時(shí)間延長(zhǎng)，基質(zhì)瀝青中的瀝青質(zhì)含量增加，瀝青變得脆硬，老化加重。圖2（[HTSS]a）中前6個(gè)月勁度模量增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，而后加快，這是因?yàn)檫M(jìn)入6月夏季后，室外日照強(qiáng)度及氣溫上升，加速了瀝青老化。

（3）隨老化時(shí)長(zhǎng)增加，SBS改性瀝青的低溫性能先增加后降低。由圖2（[HTSS]b）可知，隨老化時(shí)間延長(zhǎng)，SBS改性瀝青的勁度模量呈先減小后增大的現(xiàn)象，這是因?yàn)樵诶匣缙?，SBS改性劑在日照和高溫作用下仍然會(huì)發(fā)生降解，在瀝青中分散更充分，從而提高瀝青低溫性能，抵消了瀝青老化帶來(lái)的影響，但隨時(shí)間延長(zhǎng)SBS改性劑發(fā)生嚴(yán)重降解，瀝青老化加重，此時(shí)勁度模量開(kāi)始反彈上升。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分別通過(guò)PVA老化試驗(yàn)與室外日照老化模擬瀝青長(zhǎng)期與短期老化過(guò)程，開(kāi)展軟化點(diǎn)試驗(yàn)、針入度試驗(yàn)及BBR試驗(yàn)，并提出老化指數(shù)對(duì)瀝青老化行為展開(kāi)研究，得出以下結(jié)論：

（1）隨PAV老化時(shí)間延長(zhǎng)或溫度升高，基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)增加，針入度下降，這是因?yàn)殡S老化程度加重，瀝青中的瀝青質(zhì)重組分增加，瀝青“變硬”;而SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)出現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，這是因?yàn)榍捌赟BS降解和后期瀝青老化加重共同作用的結(jié)果。

（2）SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)老化指數(shù)和針入度老化指數(shù)均高于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明SBS改性瀝青具備更優(yōu)良的抗老化性能。

（3）隨室外老化時(shí)間延長(zhǎng)，基質(zhì)瀝青持續(xù)老化，且在前6個(gè)月老化速率較慢，進(jìn)入夏季后老化速率提高;SBS改性瀝青在老化前9個(gè)月低溫性能有所提高而后進(jìn)入下降階段，這得益于SBS改性劑再降解在瀝青中分散更充分，從而使勁度模量升高。

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[4]徐國(guó)慶.不同熱歷史作用下SBS改性瀝青及其混合料性能演變規(guī)律研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2019.

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