超熱老化條件下改性瀝青的性能變化規(guī)律分析

毛錦偉，梁甲

（三峽大學(xué)，湖北宜昌443002）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，瀝青因其優(yōu)越的使用性能而在道路建設(shè)中得以廣泛使用，但伴隨著我國交通建設(shè)要求的不斷提高，對瀝青在超熱條件下的老化性能以及改善瀝青抗老化性能措施研究顯得十分有必要。本文通過試驗(yàn)確定基質(zhì)瀝青的性能衰變規(guī)律后，再對兩種改性瀝青在相同老化條件下針入度和軟化點(diǎn)變化進(jìn)行研究，對比分析超熱老化條件下的基質(zhì)瀝青和改性瀝青性能衰變規(guī)律，并對提出合理的改善瀝青老化性能措施[1-3]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與分析方法

1.1 原材料

本實(shí)驗(yàn)采用針入度80/100基質(zhì)瀝青進(jìn)行瀝青老化實(shí)驗(yàn)，改性瀝青采用SBS改性劑及高黏度改性劑，這兩種改性瀝青在高溫時(shí)比較穩(wěn)定，同時(shí)具有較好的延展性[4-5]。3種瀝青老化前基本性質(zhì)如表1。

表1 3種瀝青老化前基本性能對比

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)

瀝青軟化點(diǎn)測定一般有環(huán)球法和克沙氏法，本文試驗(yàn)選用環(huán)球法。主要通過將瀝青加熱軟化澆筑在由黃銅制成的試樣環(huán)中稍稍多出試件表面，在室溫條件下冷卻30 min后用熱刮刀將表面刮平，每組制作兩個(gè)試件作為對比組。

1.2.2 瀝青針入度試驗(yàn)

本文采用瀝青針入度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件：溫度25℃、荷重100 g、貫入時(shí)間5 s和單位0.01 mm。瀝青軟化后裝入盛樣皿（內(nèi)徑55 mm，深35 mm）中在室溫條件下冷卻1～1.5 h，然后將試樣轉(zhuǎn)移到25℃的試驗(yàn)水槽中水浴1～1.5 h。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)瀝青超熱老化性能試驗(yàn)

在施工過程中，澆筑式瀝青混凝土是在“密閉、低氧”的條件下被運(yùn)輸，所以本文為模擬澆筑瀝青運(yùn)輸環(huán)境下的老化，將瀝青攤鋪在長方形托盤中（270 mm×200 mm×20 mm），攤平至10 mm左右的厚度?；|(zhì)瀝青在以下6個(gè)溫度：190、200、210、220、230、240℃進(jìn)行老化，并在10、20、30、40、50、60 min這6個(gè)時(shí)間點(diǎn)下對基質(zhì)瀝青的針入度、軟化點(diǎn)這兩大性能指標(biāo)進(jìn)行測量。

表2 基質(zhì)瀝青6種溫度下針入度變化

圖1 基質(zhì)瀝青在6種溫度下老化時(shí)軟化點(diǎn)變化

表2對基質(zhì)瀝青的針入度變化的分析，老化10 min時(shí)，各溫度下老化程度基本與初始基質(zhì)瀝青82.1 mm相差不大。在190、200和210℃這3個(gè)溫度下老化，針入度值變化不是特別大，190℃總共下降16.70 mm，200℃下降20.00 mm，210℃下降30.1。在220～240℃這4個(gè)溫度下，針入度下降十分明顯，見圖1。

圖2 SBS改性瀝青在6種溫度針入度變化

圖2 軟化點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：190～210℃這3個(gè)溫度下，三者曲線基本重合，整體變化十分緩慢。在210～220℃之間，當(dāng)超過20 min時(shí)，220℃下瀝青軟化點(diǎn)產(chǎn)生突變，變化速率瞬間變大。在220～240℃時(shí)，三者曲線斜率基本一致并且在240℃時(shí)較230℃時(shí)曲線有所下降，說明瀝青在這幾個(gè)溫度下老化的程度基本趨于穩(wěn)定。

因此基質(zhì)瀝青在190～210℃這個(gè)溫度區(qū)間下短時(shí)間內(nèi)瀝青基本不發(fā)生老化，老化主要發(fā)生40 min之后。210～220℃是基質(zhì)瀝青老化突變的一個(gè)“過渡溫度”。到220～240℃這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)瀝青老化已經(jīng)十分嚴(yán)重。

2.2 SBS改性瀝青超熱老化性能試驗(yàn)

2.2.1 SBS改性瀝青針入度變化規(guī)律

同基質(zhì)瀝青一樣設(shè)置6個(gè)溫度在不同時(shí)間下進(jìn)行老化試驗(yàn)，測量SBS改性瀝青的針入度和軟化點(diǎn)。

由圖2可知，SBS改性瀝青在190℃和200℃針入度隨時(shí)間變化較緩，基本上不發(fā)生老化。在210℃時(shí)，瀝青在20 min時(shí)老化出現(xiàn)最大值，隨后瀝青針入度開始下降回到未老化時(shí)的狀態(tài)。在220～240℃時(shí)，瀝青在10 min之前，溫度越高老化速率越慢，在10～30 min內(nèi)，溫度越高老化速率越快。但在前30 min內(nèi)瀝青在220℃時(shí)老化最嚴(yán)重，230℃次之，240℃老化最輕。后30 min，瀝青針入度下降速率與溫度成正比。

2.2.2 SBS改性瀝青軟化點(diǎn)變化規(guī)律

圖3 SBS改性瀝青在6種溫度軟化點(diǎn)變化

根據(jù)圖3可知：在0～30 min之間，SBS改性瀝青軟化點(diǎn)在6種溫度下變化速率較快，在30 min后下降速率開始減小。190和200℃時(shí)，軟化點(diǎn)隨時(shí)間變化緩慢，老化程度輕。在210℃時(shí)，軟化點(diǎn)變化處于一種“過渡”狀態(tài)，老化程度較大。在220～240℃這3個(gè)溫度下軟化點(diǎn)變化趨于一致。

2.3 高黏度改性瀝青超熱老化性能試驗(yàn)

2.3.1 高黏度改性瀝青針入度變化規(guī)律

由圖4可知，在20 min以內(nèi)，高黏度改性瀝青在6個(gè)溫度下老化，針入度基本不發(fā)生改變。在20 min之后，高黏度瀝青在220～240℃下，老化速率加快。

高黏度改性瀝青在190℃和200℃條件下基本上不發(fā)生老化，溫度在210℃時(shí)老化主要發(fā)生在30 min之后，在220～240℃這3個(gè)溫度下，老化主要發(fā)生在20 min之后，相對210℃老化時(shí)間提前。

圖4 高黏度改性瀝青在6種溫度下針入度變化

2.3.2 高黏度改性瀝青軟化點(diǎn)變化規(guī)律

圖5 高黏度瀝青在6種溫度下軟化點(diǎn)的變化

圖5 可看出高黏度改性瀝青在190℃條件下，軟化點(diǎn)呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢。在200℃時(shí)，瀝青軟化點(diǎn)基本上呈現(xiàn)下降的趨勢但是變化很小，也間接表明瀝青在190℃和200℃這兩個(gè)溫度下高黏度改性瀝青基本不老化，軟化點(diǎn)處于波動狀。在210～240℃區(qū)間內(nèi)，軟化點(diǎn)都有較為明顯的波動，有可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中因開閉烘箱做試件時(shí)導(dǎo)致的波動。在230～240℃這兩個(gè)溫度下，軟化點(diǎn)最低值在20 min左右，老化也最為嚴(yán)重。

3 結(jié)論

通過對基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青以及高黏度改性瀝青在6種溫度下的老化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下情況：①瀝青在190℃和200℃這兩個(gè)溫度下老化程度較輕，對瀝青的基本性能影響較小；基質(zhì)瀝青老化的“過渡溫度區(qū)間”在200～220℃之間，在220℃之后老化十分嚴(yán)重；在190～220℃這個(gè)溫度區(qū)間下，瀝青在30 min以內(nèi)老化較輕，對性能影響較小可以正常使用。②改性之后的兩種瀝青在性能變化上也有類似于基質(zhì)瀝青的“過渡溫度區(qū)間”；在200～220℃，和基質(zhì)瀝青相似，兩種改性瀝青在這種高溫條件下性能變化整體不是特別大，抗老化性能[6]明顯提升。高黏度改性瀝青的抗老化性能相較SBS改性瀝青的抗老化性能更優(yōu)。