薄層高性能改性瀝青抗老化性能

楊昌貴 李世偉 沈玉頻 吳波濤

（1.杭州天禧公路養(yǎng)護科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.貴州省公路開發(fā)有限責(zé)任公司黔南營運管理中心，貴州 黔南 558000；3.畢節(jié)市公路建設(shè)養(yǎng)護有限公司，貴州 畢節(jié) 551700）

一、引言

本文向金陵SBS改性瀝青中摻入不同的高黏改性劑，分析添加劑、改性瀝青的抗剪切性能后，基于老化試驗與紅外光譜試驗，測量改性瀝青老化前后的羰基指數(shù)，對其抗老化性能進行評價，進而對比研究高黏添加劑對瀝青膠結(jié)料抗老化性能的影響。

二、試驗材料

本文瀝青材料選擇金陵SBS改性瀝青，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）檢測金陵改性瀝青指標，其主要指標如表1所示。同時，選取代號分別為KB300、KB450、KB402和KB404的高性能瀝青添加劑，并緩緩摻入160℃的金陵SBS改性瀝青中，摻量均為10%，通過高速剪切實現(xiàn)復(fù)合改性，有效提升瀝青的高溫性能和抗老化性能。

表1. 金陵SBS改性瀝青主要技術(shù)指標

三、試驗方案

（一）瀝青膠結(jié)料老化試驗

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（T 0610-2011）標準，采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗方法對改性瀝青進行短期老化處理，采用壓力老化容器加速瀝青老化試驗方法對改性瀝青進行長期老化。

（二）瀝青膠結(jié)料流變學(xué)試驗

采用動態(tài)剪切流變試驗分析瀝青的流變性能，主要采用的DSR試驗?zāi)Ｊ綖檎袷幵囼?。利用DSR進行振蕩試驗主要是為了獲取瀝青樣品在不同溫度下的模量（G*）與相位角（δ），并計算Superpave車轍因子G*/sinδ。試驗規(guī)程參照AASHTO T315，使用的流變儀為AR1500ex。選用25mm、間隙為1mm的轉(zhuǎn)子。對于原樣瀝青樣品，振蕩應(yīng)變水平為12%；老化后樣品的應(yīng)變水平則為10%。試驗溫度為40℃、46℃、52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃及88℃。至少進行兩次平行試驗，取平均值作為記錄結(jié)果。

四、試驗結(jié)果與性能分析

（一）DSR復(fù)數(shù)模量試驗結(jié)果分析

對金陵SBS與摻入4種添加劑的改性瀝青進行不同溫度下的動態(tài)剪切流變試驗，復(fù)數(shù)模量試驗結(jié)果如下圖4所示：

由圖1可以看出，相對于金陵SBS，其他添加改性劑的瀝青復(fù)數(shù)模量均增大，這表明瀝青材料抗剪切變形的能力增強，高溫性能也得到了較為明顯的改善。復(fù)數(shù)模量從小到大的排序：金陵SBS＜金陵SBS＋KB300＜金陵SBS＋KB404＜金陵SBS＋KB402＜金陵SBS+KB450。這表明添加劑KB450對瀝青的改性效果最好，可以顯著提高瀝青的抗剪切變形能力。

圖1. 4種不同改性瀝青的復(fù)數(shù)模量

（二）DSR相位角試驗結(jié)果分析

在不同溫度下，對金陵SBS與摻入4種添加劑的改性瀝青進行動態(tài)剪切流變試驗，相位角試驗結(jié)果如圖2所示：

圖2. 4種不同改性瀝青的相位角

相對于金陵SBS，其他改性瀝青的復(fù)數(shù)模量增大，同時相位角有不同程度降低，這表明改性劑提高了瀝青材料抗剪切變形的能力，同時也明顯改善了高溫性能。相位角從小到大排序為：金陵SBS+KB404＜金陵SBS+KB402＜金陵SBS+KB450＜金陵SBS+KB300＜金陵SBS。瀝青的復(fù)數(shù)模量順序與相位角相反，從流變參數(shù)看，最好的為金陵SBS+KB404和金陵SBS+KB402。

（三）PG分級

對原樣瀝青和摻入4種不同高黏改性劑的高黏瀝青進行老化后PG分級，由數(shù)據(jù)得知，PG分級的大小排序依次為：金陵SBS+KB300＞金陵SBS+KB402＞金陵SBS+KB404＝金陵SBS+15%KB450＝金陵SBS，其中金陵SBS+8%KB404、金陵SBS+15%KB450、金陵SBS三種瀝青在RTFOT老化以后有降級明顯，這是由于老化后，瀝青中的SBS降解，導(dǎo)致改性瀝青出現(xiàn)一定程度的軟化。

（四）紅外光譜試驗結(jié)果分析

在瀝青老化過程中，基質(zhì)瀝青通過吸氧發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，瀝青組分的變化成為其結(jié)構(gòu)變化的一個重要體現(xiàn)。對不同老化狀態(tài)的4種瀝青進行紅外光譜掃描，獲得羰基指數(shù)，對應(yīng)的老化前后羰基指數(shù)如圖3所示。

圖3. 瀝青老化前后羰基指數(shù)結(jié)果

由上圖可以看出，隨著老化方法由RTFOT改為PAV，同一種瀝青結(jié)合料的羰基指數(shù)增加，PAV老化后羰基指數(shù)增加更為明顯。經(jīng)過RTFOT和PAV老化后，羰基指數(shù)排序為金陵SBS+KB402＜金陵SBS+KB450＜金陵SBS+KB300＜金陵SBS+KB404＜金陵SBS，表示金陵SBS+KB402的抗老化性能最好。

五、結(jié)語

本文研究了4種改性瀝青RTFOT和PAV老化后流變性能和化學(xué)成分變化，其主要結(jié)論如下：隨著改性劑的加入，復(fù)數(shù)模量呈現(xiàn)增大趨勢，相位角則不斷遞減，說明改性劑的加入使金陵SBS的抗剪切變形的能力有所提升，高溫性能也得到了較為明顯的改善；通過流變學(xué)試驗對4種改性瀝青進行研究，對比其復(fù)數(shù)模量和相位角，可以得到，添加KB404與KB402改性劑對瀝青的改性效果較好，可以顯著提高改性瀝青的抗剪切變形能力，改善高溫性能；通過PG分級可以得到，其中金陵SBS+KB404、金陵SBS+KB450、金陵SBS三種瀝青在RTFOT老化以后降級明顯，這是由于老化后，瀝青中的SBS降解，導(dǎo)致改性瀝青出現(xiàn)一定程度的軟化。通過紅外光譜試驗可以得到，瀝青改性老化后其羰基指數(shù)會有所增加，其中PAV老化增加更為明顯，充分說明，金陵SBS+KB402的抗老化性能最好。