瀝青技術(shù)指標(biāo)對不同老化方式的敏感性影響分析

厚龍寶

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

引言

紫外線是太陽光中波長小于287 nm 的短波光，能夠?qū)r青造成一定的損害。中國廣袤的西北地區(qū)，紫外線輻照強(qiáng)度非常高，由紫外線照射導(dǎo)致的瀝青路面服務(wù)壽命的縮短已經(jīng)是擺在西北道路工程技術(shù)人員面前的一道難題[1-4]。有研究認(rèn)為，紫外線對瀝青的老化作用主要集中在聚集態(tài)上，表現(xiàn)為膠質(zhì)向瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)變、瀝青質(zhì)的聚沉和膠體結(jié)構(gòu)的改變，特別是當(dāng)瀝青中的飽和分含量較高時，這邊變化愈加明顯[5]。

縱觀國內(nèi)外，針對不同老化方式的研究較多，但有關(guān)瀝青技術(shù)指標(biāo)對不同老化方式敏感性方面的研究較少，基于此，本研究選擇不同類型的瀝青，針對紫外線老化、PAV 老化和RTFOT 試驗，開展不同瀝青的技術(shù)指標(biāo)對不同老化方式的敏感性分析，旨在為進(jìn)一步有針對性的制定合理的瀝青抗老化方案提供參考。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料

選擇KLMY70#基質(zhì)瀝青、中海90#和SBSI-C 改性瀝青作為原材料，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

從表1 可知，本研究所采用的瀝青技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

1.2 試驗方案

根據(jù)KLMY70#基質(zhì)瀝青、中海90#和SBSI-C 改性瀝青的PAV 長期老化試驗(試驗條件: 溫度為100℃±0.1 ℃，壓強(qiáng)為2.1 MPa±0.1 MPa，老化時間為20 h)、紫外光加速老化試驗(瀝青試樣的厚度為1 mm，溫度為60 ℃±1 ℃，照射時間分別為32 h、64 h、96 h、128 h、160 h、192 h，紫外線輻照度為152 W/m2)，對老化完后的瀝青進(jìn)行宏觀技術(shù)指標(biāo)的檢測分析，包括針入度、軟化點和延度等。紫外線與實際外界紫外線的對應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 紫外線試驗條件與室外紫外線對應(yīng)關(guān)系

2 結(jié)果分析

2.1 針入度指標(biāo)對紫外線老化敏感性分析

針入度指標(biāo)是我國用來進(jìn)行瀝青分級的核心指標(biāo)，也是瀝青黏滯性的重要指標(biāo)。不同老化方式下，瀝青針入度的表現(xiàn)也各不相同，圖1 為不同老化方式瀝青針入度的試驗結(jié)果。

圖1 不同老化方式瀝青針入度的試驗結(jié)果

由圖1 可以看出，KLMY70# 基質(zhì)瀝青在不同老化方式下的針入度大小排序為P原瀝青＞PRTFOT≈PUV32＞PUV64＞PUV96≈PPAV＞PUV128＞PUV160，不難看出，70#基質(zhì)瀝青對紫外線的老化更加敏感，從紫外線輻照量來看，UV96 相當(dāng)于室外6 個月的紫外線輻照量，但瀝青的針入度卻已經(jīng)相當(dāng)于瀝青已使用5 年時的針入度，與PAV 老化結(jié)果相仿。相比之下，瀝青短期熱氧老化后的針入度相當(dāng)于UV32，在眾多的老化條件下，表現(xiàn)最好。中海90#基質(zhì)瀝青在不同老化方式下的針入度大小排序為P原瀝青＞PRTFOT＞PUV32＞PUV64≈PPAV＞PUV96＞PUV128＞PUV160。該規(guī)律與KLMY70#基質(zhì)瀝青基本相仿，但值得注意的是，UV64 就已經(jīng)與中海90#基質(zhì)瀝青PAV 的試驗結(jié)果相當(dāng)，所以中海90# 基質(zhì)瀝青相較于KLMY70# 基質(zhì)瀝青對紫外線老化的敏感程度更高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，與90#基質(zhì)瀝青擁有更多飽和分，其對紫外線照射的反應(yīng)更加強(qiáng)烈有關(guān)。SBSI-C 改性瀝青在不同老化方式下的針入度大小排序為P原瀝青＞PRTFOT≈PUV32＞PUV64＞PUV96≈PPAV＞PUV128＞PUV160。這一規(guī)律與KLMY70#基質(zhì)瀝青相似，均在UV96 h 時達(dá)到了PAV 的老化程度，但值得注意的是，UV32 時的老化程度與RTFOT 的相仿，這提示SBS 的摻入對瀝青短期的抗紫外線老化性能有著較大的提升作用。

上面提到的UV96 是瀝青抗紫外線老化性能的一個關(guān)鍵點，圖2 是不同紫外線老化時間瀝青針入度衰減率。

圖2 不同紫外線老化時間瀝青針入度衰減率

圖2 顯示，不同的瀝青對加速紫外線老化試驗的老化時間具有不同的敏感性，表現(xiàn)為KLMY70#瀝青針入度的衰減率變化早期相對較大，后期趨于穩(wěn)定，表明其在紫外線照射過程中早期相對敏感，后期趨于穩(wěn)定；中海90#基質(zhì)瀝青在紫外線照射早期的針入度損失率迅速提高，但后期降低增速則非常緩慢，這表明中海90#基質(zhì)瀝青對早期紫外線最為敏感，后期則表現(xiàn)為敏感性較弱。與前兩種基質(zhì)瀝青相比，SBSI-C改性瀝青表現(xiàn)為同等紫外線老化時間下針入度損失率最小，針入度損失率與紫外線老化時間的關(guān)系曲線最為平緩，因此可以認(rèn)為SBSI-C 改性瀝青擁有相對最好的抗紫外線老化性能，對紫外線老化最不敏感。

2.2 軟化點指標(biāo)對紫外線老化敏感性分析

對不同老化方式下，KLMY70# 基質(zhì)瀝青、中海90#以及SBSI-C 改性瀝青的軟化點進(jìn)行測試，結(jié)果匯總見圖3。軟化點指標(biāo)是一項用于評價瀝青高溫狀態(tài)下黏滯性的指標(biāo)，對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性具有重要的意義，對瀝青路面的抗車轍能力有重要的影響。

圖3 不同老化方式瀝青軟化點的試驗結(jié)果

由圖3 可知，對于基質(zhì)瀝青，無論是哪種老化方式，瀝青的軟化點均比原樣瀝青有所增大，這是因為在老化過程中，瀝青的輕質(zhì)油分或多或少地會發(fā)生揮發(fā)，導(dǎo)致瀝青膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，充當(dāng)分散介質(zhì)的油分占比變少，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青的黏滯性變大。從結(jié)果看，對于KLMY70# 基質(zhì)瀝青而言，TR＆B原瀝青＜TR＆BRTFOT≈TR＆BUV32＜TR＆BUV64≈TR＆BPAV＜TR＆BUV96＜TR＆BUV128＜TR＆BUV160；對于中海90#基質(zhì)瀝青而言，其規(guī)律基本上與KLMY70#基質(zhì)瀝青相似，TR＆B原瀝青＜TR＆BRTFOT≈TR＆BUV32＜TR＆BUV64≈TR＆BPAV＜TR＆BUV96＜TR＆BUV128＜TR＆BUV160；但對于SBSI-C 改性瀝青，試驗結(jié)果則發(fā)生了較大的變化，表現(xiàn)為TR＆B原瀝青＜TR＆BRTFOT＞TR＆BUV32≈TR＆BPAV＞TR＆BUV64＞TR＆BUV96＞TR＆BUV128＞TR＆BUV160，即短期熱氧老化RTFOT 獲得的SBSI-C 改性瀝青的軟化點最大。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的根本原因在于在PAV 老化以及紫外線老化過程中，SBS 分子鏈發(fā)生了斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致其黏滯性減弱，從而表現(xiàn)為軟化點指標(biāo)的降低。

2.3 延度指標(biāo)對紫外線老化敏感性分析

延度指標(biāo)是表征瀝青低溫性能的一項重要指標(biāo)，也是瀝青延性的一項指標(biāo)，對瀝青路面的低溫抗裂性能有著重要的表征意義。對于基質(zhì)瀝青，一般測取其10 ℃或15 ℃的延度，對于改性瀝青，則一般測取其5℃的延度作為瀝青低溫性能的一項評價指標(biāo)。對不同老化方式下，KLMY70#基質(zhì)瀝青、中海90#和SBSI-C改性瀝青的延度進(jìn)行測試，結(jié)果見圖4。

圖4 不同老化方式瀝青延度的試驗結(jié)果

圖4 和圖5 顯示，與針入度和軟化點指標(biāo)相比，瀝青延度對老化的敏感性更加強(qiáng)烈。對于KLMY70#基質(zhì)瀝青和中海90#基質(zhì)瀝青而言，無論是RTFOT還是PAV 老化，瀝青的延度降低得非常迅速，延度損失率高達(dá)70%以上。紫外線老化也是如此，加速紫外線老化32 h 即可達(dá)到RTFOT 的延度損失水平，隨著紫外線老化時間的持續(xù)延長，延度損失率將繼續(xù)提高，當(dāng)加速紫外線老化時間達(dá)到128 h 后，延度指標(biāo)的損失率已經(jīng)超過了90%。

圖5 不同老化方式瀝青延度衰減率

與基質(zhì)瀝青不同的是，SBSI-C 改性瀝青并沒有表現(xiàn)出延度指標(biāo)對各類老化方式的極度敏感性，而是表現(xiàn)出了一定的規(guī)律性，即D原瀝青＞DUV32＞DRTFOT≈DUV64＞DUV96＞DUV128＞PUV160＞DPAV。這表明，SBS 改性瀝青的延度指標(biāo)對紫外線老化的敏感性相對較低，UV64 的延度與RTFOT 后的延度相仿，而UV160 的延度數(shù)值仍然大于PAV 長期老化試驗延度的數(shù)值。上述現(xiàn)象說明，SBS 的摻入有效降低了瀝青在老化過程中的低溫性能損失量，且在一定程度上有抵抗紫外線對瀝青低溫性能損傷的能力。

3 結(jié)論

本研究主要結(jié)論：瀝青UV96 與PAV 老化結(jié)果相仿，RTFOT 的針入度相當(dāng)于UV32，與KLMY70#基質(zhì)瀝青相比，中海90#基質(zhì)瀝青的針入度指標(biāo)對紫外線的老化更加敏感，而SBS 改性瀝青擁有相對較好的抗紫外線老化性能，其針入度指標(biāo)對紫外線老化最不敏感。對于基質(zhì)瀝青，無論是哪種老化方式，瀝青的軟化點均比原樣瀝青有所增大，但增幅均不是很大。而對于SBS 改性瀝青，由于受到SBS 分子鏈斷裂的影響，軟化點指標(biāo)對老化的敏感性不強(qiáng)。基質(zhì)瀝青的延度指標(biāo)對老化的敏感性更加強(qiáng)烈，而SBS 的摻入有效降低了瀝青在老化過程中的低溫性能損失量，且在一定程度上有抵抗紫外線對瀝青低溫性能損傷的能力。