光、熱耦合老化對SBS改性瀝青路用性能的影響研究

黃　剛，宋奕臻，劉　麗

(重慶交通大學交通土建工程材料國家地方聯合工程實驗室，重慶　400074)

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光、熱耦合老化對SBS改性瀝青路用性能的影響研究

黃剛，宋奕臻，劉麗

(重慶交通大學交通土建工程材料國家地方聯合工程實驗室，重慶400074)

摘要：目前我國用于評價SBS改性瀝青路用性能的技術指標主要有三大指標(針入度、軟化點、延度)、黏度、脆點、四組分、流變特性等。文章采用光、熱耦合老化箱對不同種類的基質和SBS改性瀝青進行老化，采用針入度和軟化點評價老化后瀝青的軟硬程度及高溫粘度狀態。結果表明：SBS改性瀝青老化后均表現針入度減小、軟化點升高，且溫度越高，指標變化程度越大，其規律與基質瀝青的一致。一般而言，基質瀝青的抗老化性能好，對應的改性瀝青的抗老化性能相對較好，但耦合老化中改性瀝青軟化點變化，與基質瀝青性能無明顯關聯。

關鍵詞：耦合老化；針入度；軟化點；改性瀝青；路用性能；影響

0引言

據以往的研究資料，SBS改性瀝青的老化過程，不僅包含基質瀝青的老化，

同時也伴隨著改性劑的降解等反應，改性瀝青的老化特性是瀝青和改性劑老化相互作用的結果。SBS改性瀝青長期老化的研究與應用并不成熟，已有的研究成果較多集中在改性瀝青的短期老化方面[1]，盡管部分文獻做出了改性瀝青長期老化的相關研究，但更多的只局限于某一種老化條件，能夠將改性瀝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期老化試驗方法與相關標準。因此，對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，本文采用瀝青膠結料試驗規范對瀝青針入度以及軟化點進行研究。

1光、熱耦合老化對改性瀝青針入度的影響研究

本文選取四種瀝青：中海油70#基質瀝青(下文簡稱“ZH”)、中海油SBS改性瀝青(簡稱“ZHSBS”)、SK70#基質瀝青(簡稱“SK”)、SKSBS改性瀝青(簡稱“SKSBS”)。選擇耦合老化參數為：溫度設定50 ℃、60 ℃、70 ℃三個等級[2]；紫外光強設定為40 W/m2。表1中列出了兩種基質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 ℃時耦合老化殘留物的針入度變化趨勢。

表1　瀝青耦合老化針入度數值表

圖1　50 ℃時針入度隨老化時間變化趨勢圖

圖2　60 ℃時針入度隨老化時間變化趨勢圖

圖3　70 ℃時針入度隨老化時間變化趨勢圖

結果顯示，三種溫度熱光耦合老化過程中，改性瀝青和基質瀝青均表現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 ℃時的針入度變化幅度比60 ℃和50 ℃時的變化更加明顯。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]。分別計算70 ℃、40 W/m2耦合老化條件下4種瀝青針入度比，結果如圖4所示：

圖4　瀝青耦合老化后針入度比對比圖

由圖4可知，兩種改性瀝青在變化趨勢上與兩種基質瀝青相同，但其變化的幅度卻存在較大差異。基質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基質瀝青針入度比大于SK基質瀝青的針入度比，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，規律與基質瀝青一致。說明基質瀝青類型對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聯性?；|瀝青的抗老化性能好時，其相應的改性瀝青的抗老化性能相對較好[4]。

2光、熱耦合老化對改性瀝青軟化點的影響研究

本文對四種瀝青在不同條件下的老化殘余物進行軟化點測試，測試結果列于表2中，圖5～7分別為紫外光強度40 W/m2，耦合老化溫度50 ℃、60 ℃、70 ℃下的老化殘留物的軟化點變化趨勢圖。

瀝青老化后軟化點變化的總趨勢是隨著老化程度的加深，軟化點逐漸升高，即瀝青老化后高溫性能有所提高。四種改性瀝青的軟化點在經過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，情況稍有改善。四種改性瀝青及兩種基質瀝青在光、熱耦合老化與RTFOT老化過程中軟化點變動曲線更加平滑，突變點消失。根據同一光照條件下50 ℃、60 ℃、70 ℃耦合老化軟化點的不同變化規律，可以得知，耦合老化溫度對SBS改性瀝青的軟化點影響極大。為了對比不同瀝青材料在耦合老化中的軟化點變化程度，以軟化點比作為比較指標，結果如圖8所示：

表2　瀝青耦合老化軟化點數值表

圖5　50 ℃時軟化點隨老化時間變化趨勢圖

圖6　60 ℃時軟化點隨老化時間變化趨勢圖

圖7　70 ℃時軟化點隨老化時間變化趨勢圖

圖8　瀝青耦合老化后軟化點比對比圖

從圖8可知，SK基質瀝青的軟化點普遍大于ZH基質瀝青，而SKSBS改性瀝青在10 d老化時的軟化點比卻小于ZHSBS改性瀝青的軟化點比，說明基質瀝青的類型與相應的改性瀝青抗老化性能并無明顯關聯。

3結論

本文通過光、熱耦合老化，對不同基質瀝青和改性瀝青進行了針入度和軟化點研究，可得出以下結論：

(1)不同SBS改性瀝青經過光、熱耦合老化后均表現為針入度減小、軟化點升高，且溫度越高，指標變化程度越大，其規律與相應的基質瀝青一致。

(2)一般而言，基質瀝青的抗老化性能好，對應的改性瀝青的抗老化性能相對較好，但耦合老化中改性瀝青的黏度變化和軟化點變化，與基質瀝青性能無明顯關聯。

參考文獻

[1]周博.光熱耦合作用對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.道路石油瀝青結構行為與性能表征[D].西安：長安大學，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，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：1673-4874(2016)01-0014-04

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.004

作者簡介

黃剛(1971—)，博士，副教授，主要從事道路與材料工程研究工作。