光、熱耦合老化對(duì)SBS改性瀝青路用性能的影響研究

黃　剛，宋奕臻，劉　麗

(重慶交通大學(xué)交通土建工程材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶　400074)

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光、熱耦合老化對(duì)SBS改性瀝青路用性能的影響研究

黃剛，宋奕臻，劉麗

(重慶交通大學(xué)交通土建工程材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶400074)

摘要：目前我國(guó)用于評(píng)價(jià)SBS改性瀝青路用性能的技術(shù)指標(biāo)主要有三大指標(biāo)(針入度、軟化點(diǎn)、延度)、黏度、脆點(diǎn)、四組分、流變特性等。文章采用光、熱耦合老化箱對(duì)不同種類的基質(zhì)和SBS改性瀝青進(jìn)行老化，采用針入度和軟化點(diǎn)評(píng)價(jià)老化后瀝青的軟硬程度及高溫粘度狀態(tài)。結(jié)果表明：SBS改性瀝青老化后均表現(xiàn)針入度減小、軟化點(diǎn)升高，且溫度越高，指標(biāo)變化程度越大，其規(guī)律與基質(zhì)瀝青的一致。一般而言，基質(zhì)瀝青的抗老化性能好，對(duì)應(yīng)的改性瀝青的抗老化性能相對(duì)較好，但耦合老化中改性瀝青軟化點(diǎn)變化，與基質(zhì)瀝青性能無明顯關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：耦合老化；針入度；軟化點(diǎn)；改性瀝青；路用性能；影響

0引言

據(jù)以往的研究資料，SBS改性瀝青的老化過程，不僅包含基質(zhì)瀝青的老化，

同時(shí)也伴隨著改性劑的降解等反應(yīng)，改性瀝青的老化特性是瀝青和改性劑老化相互作用的結(jié)果。SBS改性瀝青長(zhǎng)期老化的研究與應(yīng)用并不成熟，已有的研究成果較多集中在改性瀝青的短期老化方面[1]，盡管部分文獻(xiàn)做出了改性瀝青長(zhǎng)期老化的相關(guān)研究，但更多的只局限于某一種老化條件，能夠?qū)⒏男詾r青老化過程中紫外光、熱等因素加以綜合考慮的研究成果并不多見，且都未形成典型的長(zhǎng)期老化試驗(yàn)方法與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)改性瀝青開展多因素作用下的老化研究是非常有必要的。為了探究SBS改性瀝青在光、熱耦合老化過程中的性能變化，本文采用瀝青膠結(jié)料試驗(yàn)規(guī)范對(duì)瀝青針入度以及軟化點(diǎn)進(jìn)行研究。

1光、熱耦合老化對(duì)改性瀝青針入度的影響研究

本文選取四種瀝青：中海油70#基質(zhì)瀝青(下文簡(jiǎn)稱“ZH”)、中海油SBS改性瀝青(簡(jiǎn)稱“ZHSBS”)、SK70#基質(zhì)瀝青(簡(jiǎn)稱“SK”)、SKSBS改性瀝青(簡(jiǎn)稱“SKSBS”)。選擇耦合老化參數(shù)為：溫度設(shè)定50 ℃、60 ℃、70 ℃三個(gè)等級(jí)[2]；紫外光強(qiáng)設(shè)定為40 W/m2。表1中列出了兩種基質(zhì)瀝青與自制的四種改性瀝青老化前后針入度的變化，圖1～3分別顯示溫度為50 ℃、60 ℃、70 ℃時(shí)耦合老化殘留物的針入度變化趨勢(shì)。

表1　瀝青耦合老化針入度數(shù)值表

圖1　50 ℃時(shí)針入度隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖2　60 ℃時(shí)針入度隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖3　70 ℃時(shí)針入度隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

結(jié)果顯示，三種溫度熱光耦合老化過程中，改性瀝青和基質(zhì)瀝青均表現(xiàn)隨著老化程度的加深，針入度逐漸減小，即瀝青老化后稠度和硬度增加。同樣40 W/m2的紫外光輻射條件下，70 ℃時(shí)的針入度變化幅度比60 ℃和50 ℃時(shí)的變化更加明顯。說明在光、熱耦合老化中，溫度值越高，老化作用越明顯。對(duì)比不同瀝青材料在耦合老化中的針入度變化，以殘留針入度比對(duì)針入度變化程度做出衡量。針入度比大說明其老化中的針入度損失小，抗老化性能好；而針入度比小，說明抗老化性能略差[3]。分別計(jì)算70 ℃、40 W/m2耦合老化條件下4種瀝青針入度比，結(jié)果如圖4所示：

圖4　瀝青耦合老化后針入度比對(duì)比圖

由圖4可知，兩種改性瀝青在變化趨勢(shì)上與兩種基質(zhì)瀝青相同，但其變化的幅度卻存在較大差異?；|(zhì)瀝青在同一老化條件下的針入度變化明顯高于改性瀝青，也就是說，改性瀝青具有更好的抗老化性能。ZH基質(zhì)瀝青針入度比大于SK基質(zhì)瀝青的針入度比，說明SK瀝青在老化過程中的針入度損失大，其老化程度比ZH瀝青高。而ZHSBS的針入度比也大于SKSBS，規(guī)律與基質(zhì)瀝青一致。說明基質(zhì)瀝青類型對(duì)SBS改性瀝青的影響，在以針入度為表征的抗老化性能上有較大的關(guān)聯(lián)性?；|(zhì)瀝青的抗老化性能好時(shí)，其相應(yīng)的改性瀝青的抗老化性能相對(duì)較好[4]。

2光、熱耦合老化對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響研究

本文對(duì)四種瀝青在不同條件下的老化殘余物進(jìn)行軟化點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果列于表2中，圖5～7分別為紫外光強(qiáng)度40 W/m2，耦合老化溫度50 ℃、60 ℃、70 ℃下的老化殘留物的軟化點(diǎn)變化趨勢(shì)圖。

瀝青老化后軟化點(diǎn)變化的總趨勢(shì)是隨著老化程度的加深，軟化點(diǎn)逐漸升高，即瀝青老化后高溫性能有所提高。四種改性瀝青的軟化點(diǎn)在經(jīng)過RTFOT老化后增幅較大，而在50 ℃光、熱耦合老化階段增幅并不明顯。到70 ℃時(shí)，情況稍有改善。四種改性瀝青及兩種基質(zhì)瀝青在光、熱耦合老化與RTFOT老化過程中軟化點(diǎn)變動(dòng)曲線更加平滑，突變點(diǎn)消失。根據(jù)同一光照條件下50 ℃、60 ℃、70 ℃耦合老化軟化點(diǎn)的不同變化規(guī)律，可以得知，耦合老化溫度對(duì)SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)影響極大。為了對(duì)比不同瀝青材料在耦合老化中的軟化點(diǎn)變化程度，以軟化點(diǎn)比作為比較指標(biāo)，結(jié)果如圖8所示：

表2　瀝青耦合老化軟化點(diǎn)數(shù)值表

圖5　50 ℃時(shí)軟化點(diǎn)隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖6　60 ℃時(shí)軟化點(diǎn)隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖7　70 ℃時(shí)軟化點(diǎn)隨老化時(shí)間變化趨勢(shì)圖

圖8　瀝青耦合老化后軟化點(diǎn)比對(duì)比圖

從圖8可知，SK基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)普遍大于ZH基質(zhì)瀝青，而SKSBS改性瀝青在10 d老化時(shí)的軟化點(diǎn)比卻小于ZHSBS改性瀝青的軟化點(diǎn)比，說明基質(zhì)瀝青的類型與相應(yīng)的改性瀝青抗老化性能并無明顯關(guān)聯(lián)。

3結(jié)論

本文通過光、熱耦合老化，對(duì)不同基質(zhì)瀝青和改性瀝青進(jìn)行了針入度和軟化點(diǎn)研究，可得出以下結(jié)論：

(1)不同SBS改性瀝青經(jīng)過光、熱耦合老化后均表現(xiàn)為針入度減小、軟化點(diǎn)升高，且溫度越高，指標(biāo)變化程度越大，其規(guī)律與相應(yīng)的基質(zhì)瀝青一致。

(2)一般而言，基質(zhì)瀝青的抗老化性能好，對(duì)應(yīng)的改性瀝青的抗老化性能相對(duì)較好，但耦合老化中改性瀝青的黏度變化和軟化點(diǎn)變化，與基質(zhì)瀝青性能無明顯關(guān)聯(lián)。

參考文獻(xiàn)

[1]周博.光熱耦合作用對(duì)瀝青老化性能的影響研究[J].石油瀝青，2012，5(12)：35-40.

[2]賀孟霜.道路石油瀝青結(jié)構(gòu)行為與性能表征[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[3]Motoyuki S Y.Relations between thermal degredations of SBS copolymer and asphalt substratein polymer modified aspalt[J].Cleaning Technology Environmental Policy，2010，12(6)：653-659.

[4]張杰文.基于耦合條件下下SBS改性瀝青老化特性研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

Study on the Impact of Light-Heat Coupling Aging on Road Performance of SBS Modified Asphalt

HUANG Gang，SONG Yi-zhen，LIU Li

(Local-State Joint Engineering Laboratory of Transportation & Civil Engineering Materials，Chongqing Jiaotong University，Chongqing，400074)

Abstract：The current technical indicators used in China to evaluate the pavement performance of SBS modified asphalt are mainly three-indicators(penetration，softening point，ductility)，viscosity，brittle point，four-component，rheological properties etc.This article used the heat-light coupling aging box to conduct the aging on different kinds of substrates and SBS modified asphalt，and used the penetration and softening point to evaluate the hardness degree and high-temperature viscosity of asphalt after the aging.The results showed that：SBS modified asphalt after aging showed the decrease of penetration degree and increase of softening point，and the higher the temperature，the greater the degree of index changes，and its rule is consistent with the matrix asphalt.In general，the matrix asphalt has good anti-aging properties，the anti-aging properties of corresponding modified asphalt is relatively good，but the softening point of modified asphalt during coupled aging changed，without significant correlation with matrix asphalt performance.

Keywords：Coupling aging；Penetration；Softening point；Modified asphalt；Road performance；Impact

收稿日期：2015-12-09

文章編號(hào)：1673-4874(2016)01-0014-04

中圖分類號(hào)：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.004

作者簡(jiǎn)介

黃剛(1971—)，博士，副教授，主要從事道路與材料工程研究工作。