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通過對(duì)薄膜烘箱老化、PAV老化和紫外老化等不同老化方式下，SBS改性瀝青老化前后的針入度、5℃延度、軟化點(diǎn)、135℃動(dòng)力黏度以及彈性恢復(fù)等性能變化影響規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：老化后SBS改性瀝青的5℃延度與135℃運(yùn)動(dòng)黏度變化幅度顯著，老化作用對(duì)SBS改性瀝青的高、低溫性能影響顯著；TFOT短期老化后，SBS改性瀝青性能已發(fā)生大幅下降，在長(zhǎng)期使用過程（紫外老化、PAV老化）中，隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，SBS改性瀝青性能衰減幅度逐漸減小。

 

高等級(jí)瀝青路面一般優(yōu)先選取SBS改性瀝青路面，因?yàn)镾BS改性瀝青具備高溫抗車轍性，低溫抗裂性，水穩(wěn)定性，耐疲勞性和耐老化性等優(yōu)異的路用性能[1]。但SBS改性瀝青路面在服役若干年后還會(huì)出現(xiàn)多種病害，如車轍、網(wǎng)裂等。這些病害的發(fā)生一方面是由于重載交通引起的，另一方面是則是由于改性瀝青自身發(fā)生老化原因[2]。因此，有必要對(duì)SBS改性瀝青的老化現(xiàn)象，尤其是針對(duì)老化方式的不同對(duì)于SBS改性瀝青性能的影響進(jìn)行研究。

 

本研究基于SBS改性瀝青的老化機(jī)理理論和老化的產(chǎn)生和發(fā)展過程，設(shè)計(jì)了3種室內(nèi)試驗(yàn)方法，用以模擬對(duì)應(yīng)的三種不同的瀝青老化方式：短期老化、長(zhǎng)期老化和紫外老化，研究了3種不同老化方式對(duì)SBS改性瀝青的性能影響情況，分析了不同老化方式下的SBS改性瀝青性能變化規(guī)律。

 

SBS改性瀝青老化機(jī)理與過程

 

老化機(jī)理

 

SBS改性瀝青的配制過程是由SBS改性劑（星型或者線型）與基質(zhì)瀝青以及少量的其他外加劑按照一定比例摻配，經(jīng)過高速剪切、發(fā)育，最后制成SBS改性瀝青。著眼于基質(zhì)瀝青和SBS改性劑這兩種SBS改性瀝青的主要原材料，一般認(rèn)為，SBS改性瀝青發(fā)生老化，一是由于基質(zhì)瀝青自身發(fā)生氧化反應(yīng)形成了不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[3];二是由于SBS改性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有雙鍵，雙鍵在光熱氧等作用下發(fā)生斷裂和氧化[4]。在SBS改性瀝青長(zhǎng)期老化過程中，由于長(zhǎng)鏈SBS分子斷裂，變?yōu)樾》肿佣替?，?dǎo)致SBS改性瀝青的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生分解而產(chǎn)生破壞，SBS改性瀝青的改性效果隨之衰減[5]。

 

老化過程

 

一般認(rèn)為SBS改性瀝青的主要老化方式主要分為兩種，一是短期老化，二是長(zhǎng)期老化。其中，短期老化現(xiàn)象主要發(fā)生在SBS改性瀝青混合料在施工中的加熱、拌和以及輾壓過程中；長(zhǎng)期老化是指由于SBS改性瀝青路面在長(zhǎng)期使用過程中暴露于自然光照射下，SBS改性瀝青逐漸發(fā)生老化的過程[6]。在整個(gè)長(zhǎng)期光氧老化過程中，由于紫外輻射作用產(chǎn)生的老化相較于其他老化形式所占比重最大，因此本文將紫外老化作為第3種老化方式，研究其對(duì)SBS改性瀝青性能影響情況。

 

不同老化方式的模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

 

短期老化模擬試驗(yàn)

 

目前現(xiàn)有的試驗(yàn)方法中，ASTM、AASHTO以及我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中，室內(nèi)模擬瀝青短期老化試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法有兩種：一是薄膜烘箱老化試驗(yàn)(TFOT),二是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)(RTFOT)。然而，大量實(shí)體工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)實(shí)際應(yīng)用效果不如薄膜烘箱老化試驗(yàn)[7]。因此，本試驗(yàn)采用項(xiàng)目前期研究結(jié)論中的173℃薄膜烘箱老化試驗(yàn)(TFOT)來(lái)模擬SBS改性瀝青的短期老化過程[8]。

 

長(zhǎng)期老化模擬試驗(yàn)

 

在進(jìn)行長(zhǎng)期老化過程的室內(nèi)模擬試驗(yàn)時(shí)，本試驗(yàn)參照現(xiàn)行規(guī)范，采用了美國(guó)SHRP提出的壓力老化試驗(yàn)(PAV)。參照規(guī)范要求，修改PAV老化試驗(yàn)條件如下：

 

(1)對(duì)試樣進(jìn)行173℃薄膜烘箱老化試驗(yàn)(TFOT),歷時(shí)5h后，將TFOT老化后的50g試樣倒入不銹鋼盤中；

 

(2)將173℃TFOT老化后試樣放入PAV壓力老化的器皿中，在壓力容器中釋放2.1MPa的空氣壓力，溫度設(shè)置為100℃,歷時(shí)20h。在PAV壓力老化結(jié)束后，對(duì)真空脫氣后殘留物進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)。

 

紫外老化模擬試驗(yàn)

 

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了紫外老化箱，用以在室內(nèi)模擬路面在室外長(zhǎng)期使用過程中受紫外輻射所產(chǎn)生的老化[9,10]。

 

本試驗(yàn)室內(nèi)紫外老化試驗(yàn)過程如下：

 

(1)在173℃老化溫度下，對(duì)SBS改性瀝青進(jìn)行TFOT試驗(yàn)，并對(duì)老化前后的SBS改性瀝青進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)。

 

(2)將歷經(jīng)173℃TFOT老化試驗(yàn)后的SBS改性瀝青放入紫外老化箱中，進(jìn)行3d、6d、9d、12d、15d、18d的室內(nèi)紫外老化試驗(yàn)，并對(duì)紫外老化后的SBS改性瀝青進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)。

 

試驗(yàn)原材料

 

原材料基質(zhì)瀝青采用韓國(guó)SK-90;SBS改性瀝青是由燕山石化4303S8S改性劑按照4.5%的摻量?jī)?nèi)摻于SK-90高速剪切配制而成。對(duì)原材料和配制成的SBS改性瀝青進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果均滿足規(guī)范要求。基質(zhì)瀝青以及SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果見表1、表2。

 

試驗(yàn)結(jié)果與分析

 

短期老化對(duì)SBS改性瀝青的性能影響

 

SBS改性瀝青短期老化模擬試驗(yàn)結(jié)果見表3。

 

從表3可以看出，SBS改性瀝青經(jīng)歷173℃TFOT老化后，性能無(wú)統(tǒng)一變化規(guī)律，針入度、延度、彈性恢復(fù)等指標(biāo)發(fā)生衰減，而軟化點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)黏度增大，且延度指標(biāo)變化最為顯著，說明SBS改性瀝青經(jīng)173℃TFOT老化后變硬、變脆、流動(dòng)性減弱，但其老化殘留物的各項(xiàng)指標(biāo)仍能滿足目前現(xiàn)行規(guī)范要求。驗(yàn)證了TFOT老化溫度設(shè)為173℃的合理性。

 

長(zhǎng)期老化對(duì)SBS改性瀝青的性能影響

 

SBS改性瀝青長(zhǎng)期老化模擬試驗(yàn)(PAV試驗(yàn)）結(jié)果見表4。

 

從表4可以看出，SBS改性瀝青經(jīng)歷PAV老化后，與未老化時(shí)相比，針入度、延度、運(yùn)動(dòng)黏度、彈性恢復(fù)等指標(biāo)衰減比例基本超過50%，性能發(fā)生嚴(yán)重衰減；PAV老化后的SBS改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)已無(wú)法滿足規(guī)范要求，說明SBS改性瀝青在長(zhǎng)期光氧作用下，性能發(fā)生衰減，導(dǎo)致路面病害頻發(fā)，從而直接影響了路面的使用性能。

 

紫外老化對(duì)SBS改性瀝青的性能影晌

 

按照本研究2.3提出的紫外老化室內(nèi)模擬試驗(yàn)方法，得到模擬試驗(yàn)結(jié)果見表5和圖1。

 

 

結(jié)合表5和圖l可以看出：

 

(1)經(jīng)過173℃TFOT老化后，SBS改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)等性能指標(biāo)均顯著減小，黏度增大，說明在SBS改性瀝青混合料加熱拌和過程中，SBS改性瀝青的性能就已經(jīng)發(fā)生了大幅衰減。在隨后的老化過程中，SBS改性瀝青的針入度和延度仍持續(xù)減小，運(yùn)動(dòng)黏度持續(xù)增大，瀝青發(fā)生硬化、變稠、延展性變差，說明瀝青在后續(xù)紫外老化過程中其性能仍不斷持續(xù)下降。

 

(2)在紫外老化后半程(12~18d),SBS改性瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)變化幅度趨于平緩 。隨老化時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，瀝青的性能變化率將緩慢降低至平緩，SBS改性瀝青性能不再繼續(xù)快速衰減。

 

不同老化方式下SBS改性瀝青的性能對(duì)比

 

本研究分別采用3種不同的室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)不同老化方式作用下SBS改性瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)，三種老化方式的模擬試驗(yàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系分別為：

(1)173℃薄膜烘箱老化(TFOT)用以模擬短期的老化；

(2)壓力老化(PAV)用以模擬路面長(zhǎng)期老化過程；

(3)紫外老化用以模擬SBS改性瀝青路面在實(shí)際長(zhǎng)期使用過程中的老化。

 

采用紫外老化箱進(jìn)行的室內(nèi)紫外老化試驗(yàn)18d約可等效為瀝青路面室外老化1a的老化程度，PAV老化試驗(yàn)可等效為瀝青路面表層使用5a的老化程度，因此按照老化的時(shí)間次序整理試驗(yàn)結(jié)果見表7。

 

性能衰減幅度對(duì)比圖見圖2。

綜合表7和圖2可以看出：

 

(1)總趨勢(shì)：SBS改性瀝青歷經(jīng)三段不同老化過程，性能依次持續(xù)發(fā)生衰減，其中軟化點(diǎn)指標(biāo)變化無(wú)規(guī)律。

 

(2)具體指標(biāo)：與未老化時(shí)相比，無(wú)論歷經(jīng)何種方式的老化，老化后SBS改性瀝青的5℃延度與135℃運(yùn)動(dòng)黏度均發(fā)生顯著變化。其中PAV老化試驗(yàn)結(jié)果表明，老化后SBS改性瀝青的5CC延度比未老化時(shí)減小約74%,135℃運(yùn)動(dòng)黏度比未老化時(shí)增加了約96%。說明老化作用對(duì)SBS改性瀝青的高低溫性能影響顯著。

 

(3)短、長(zhǎng)期的變化：從   整個(gè)老化過程分析，SBS改性瀝青歷經(jīng)173℃TFOT短期老化后，瀝青性能衰減最為明顯：其中針入度衰減幅度占整個(gè)老化過程衰減幅度約63%,延度衰減幅度占比約44%,運(yùn)動(dòng)黏度衰減幅度占比約26%,說明SBS改性瀝青性能在混合料拌和過程中性能發(fā)生大幅衰減后，在長(zhǎng)期使用過程（紫外老化、PAV老化）中性能衰減仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生，但衰減幅度逐漸減小。

 

結(jié)論

 

通過在室內(nèi)對(duì)短期老化、長(zhǎng)期老化、紫外老化等3種不同老化方式進(jìn)行模擬試驗(yàn)，研究了不同老化方式對(duì)SBS改性瀝青性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：

 

(1)在不同老化方式的作用下，SBS改性瀝青老化后的性能指標(biāo)變化均呈現(xiàn)針入度、5℃延度減小，135℃運(yùn)動(dòng)黏度增大的變化規(guī)律，瀝青性能發(fā)生衰減。

 

(2)無(wú)論歷經(jīng)何種方式的老化，相較于其他性能指標(biāo)，老化后SBS改性瀝青的5屯延度與135℃運(yùn)動(dòng)黏度變化幅度顯著，說明老化作用對(duì)SBS改性瀝青的高、低溫性能影響較大。

 

(3)在瀝青混合料加熱與拌和過程，即短期老化過程中（室內(nèi)采用173℃TFOT短期老化模擬），SBS改性瀝青性能已發(fā)生大幅下降，在長(zhǎng)期使用過程中（室內(nèi)采用紫外老化、PAV老化模擬），隨老化時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，SBS改性瀝青性能仍將繼續(xù)衰減，然而衰減幅度逐漸減小。

 

作者簡(jiǎn)介：李艷(1990—)，碩士，工程師。專業(yè)：公路工程，現(xiàn)就職于西安公路研究院。