淺析不同SBS 摻量瀝青混合料耐老化性能

■賴錦興

（福建省交通科技發展集團有限責任公司，福州 350004）

瀝青路面在施工和使用過程中因受到高溫、氧化、 紫外線等影響而發生熱氧老化和紫外老化，使得瀝青性能下降，與集料的粘附性降低，出現集料脫落，瀝青路面的破壞應變減小并產生裂縫，路用性能顯著降低，導致路面過早出現病害而減少其使用壽命[1]。 因此，有必要通過研究瀝青混合料的耐老化性能，優選耐久性較好的瀝青混合料，以延長瀝青路面的使用壽命。

1 試驗材料及方案

1.1 試驗材料

試驗所用基質瀝青為福建省常用的70# 道路石油瀝青，所用SBS 改性劑為燕山星型SBS4303改性劑， 集料為玄武巖纖維，SMA 型瀝青混合料的加筋纖維為木質素纖維。

1.2 瀝青混合料的短期熱氧老化

瀝青混合料拌合后， 以21～22 kg/m2的密度松鋪，將混合料置于135℃±3℃老化條件下（烘箱內采用電加熱與溫度維持， 以間歇強制通風進行供養）老化4 h±5 min，每隔1 h 整體翻動1 次，以模擬混合料攤鋪時的短期老化。

1.3 瀝青混合料的長期紫外老化

將短期老化的混合料置于頂部安裝有500 W紫外燈的改進型TFOT 烘箱中，通過老化箱自動控溫系統控制試驗溫度為60℃。 將拌合均勻的瀝青混合料以密度約21～22 kg/m2狀態松鋪，每12 h 翻動1 次，老化5 d，其輻射強度相當于我國太陽能輻射較強的二類地區1 年的紫外線強度，約為600 kJ/cm2·a。

1.4 瀝青混合料的海水環境老化

參照瀝青混合料浸水馬歇爾試驗方法進行海水環境老化。 向恒溫水槽中注入福州長樂所取的海水，控制恒溫水槽中海水的溫度為25℃，將成型的馬歇爾試驗試件放入恒溫水槽中老化12 h，然后取出并放入25℃的恒溫環境中，自然干燥12 h，此為海水環境老化的1 次循環。 本項目中瀝青混合料的海水環境老化循環次數為5 次。 5 次海水環境循環老化后，進行相關性能測試。

2 瀝青混合料老化性能評價

經過老化， 瀝青混合料的各項性能發生劣化，為評價瀝青混合料的老化程度，本文確定了馬歇爾穩定度變化率、動穩定度變化率、疲勞壽命變化率3 項指標，采用指標的大小來判斷瀝青混合料的老化情況。 馬歇爾穩定度變化率、動穩定度變化率、疲勞壽命變化率的計算方法分別為：

馬歇爾穩定度變化率=老化后馬歇爾穩定度/老化前馬歇爾穩定度×100% （1）

動穩定度變化率=老化后動穩定度/老化前動穩定度×100% （2）

研究在不同射擊工況下的彈丸膛內運動規律，對彈丸裝藥的設計和彈炮匹配性設計具有一定的指導意義，未來將對不同磨損程度的身管內彈丸運動規律作進一步的研究。

疲勞壽命變化率=老化后疲勞壽命/老化前疲勞壽命×100% （3）

根據變化率計算結果，3 項變化率指標越接近100%，說明老化對瀝青混合料的性能影響越小，即瀝青老化程度越小。

3 試驗結果分析

3.1 短期熱氧老化

（1）馬歇爾穩定度變化率

由圖1 可知，經過短期熱氧老化的AC-13 型瀝青混合料馬歇爾穩定度整體變化率隨著SBS 摻量的增加先降低后放緩；當SBS 摻量由2%增加至3%時， 馬歇爾穩定度變化率下降最明顯，SBS 摻量對增加瀝青的抗老化性能也最明顯；當摻量增加至4%時，馬歇爾穩定度變化率曲線放緩；隨著SBS 摻量的再次增加，又再次明顯降低；當SBS 摻量為5%～6%時，經過短期老化，AC-13 型瀝青馬歇爾穩定度變化率達到臨界平臺約為108.5%左右。

圖1 短期熱氧老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率的影響

隨著SBS 摻量的增加，SMA-13 型瀝青混合料的馬歇爾穩定度變化率也逐漸減小。 且短期熱氧老化對SMA-13 型瀝青混合料的馬歇爾穩定度變化率影響隨SBS 摻量的增加而減小的速率是逐漸減緩的，摻量超過4%速率減小變緩。

（2）動穩定度變化率

由圖2 可知，經過短期熱氧老化的AC-13 型瀝青混合料動穩定度變化率隨著SBS 摻量的增加呈下降趨勢；當SBS 摻量由2%增加至3%時，動穩定度變化率并無明顯變化，SBS 摻量的變化此時并未影響到瀝青老化前后的動穩定度比值；隨著SBS 摻量的進一步增加，AC-13 型瀝青混合料經過短期熱氧老化的動穩定變化率開始降低； 當摻量增加至5%時，變化曲線有所放緩；當SBS 摻量由5%增加至6%，動穩定度變化率再次下降明顯。低摻量情況下，SBS 摻量與動穩定變化率成負相關， 與瀝青的抗老化性呈正相關。 短期熱氧老化對SMA-13 型瀝青混合料的動穩定度變化率的影響顯著，隨著SBS摻量的增加，SMA-13 型瀝青混合料的動穩定度變化率呈下降趨勢，動穩定度變化率減少速度先加快后減慢。

圖2 短期熱氧老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料動穩定度變化率的影響

（3）疲勞壽命變化率

由圖3 可知，隨著SBS 摻量的增加，經過短期熱氧老化的AC-13 型瀝青混合料的疲勞壽命變化率先增加后減少；隨著SBS 摻量的增加，疲勞壽命變化率初期增加較緩慢， 當SBS 摻量從4%增加至5%時，疲勞壽命變化率快速增加至峰值約為93%，此時短期熱氧老化對AC-13 型瀝青混合料疲勞壽命影響最小， 瀝青的抗老化性能最好， 其后隨著SBS 摻量的再次增加，瀝青的抗老化性隨著疲勞壽命變化率的降低而降低。 短期熱氧老化對SMA-13型瀝青混合料疲勞壽命變化率的影響與SBS 摻量有關，SBS 摻量從2%增加到5%時，SMA-13 型瀝青混合料疲勞壽命變化率隨摻量增加而增加，SBS 摻量從5%增加到6%時，SMA-13 型瀝青混合料疲勞壽命變化率隨摻量增加而減小。

圖3 短期熱氧老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料疲勞壽命變化率的影響

3.2 長期紫外老化

（1）馬歇爾穩定度變化率

由圖4 可知， 隨著SBS 摻量的增加，AC-13 型瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率在長期紫外老化的影響下不斷減小，AC-13 型瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率的減小速率先增大后減小。隨著SBS 摻量的增加，SMA-13 瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率與AC-13 型瀝青混合料相似，主要區別為摻量為2%～3%時，SMA-13 型瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率減小速度更緩慢。

圖4 長期紫外老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料馬歇爾穩定度變化率的影響

（2）動穩定度變化率

由圖5 可知， 隨著SBS 摻量的增加，AC-13 型瀝青混合料動穩定度變化率下降的速率呈現出先減小后增大再減小的特點。 隨著SBS 摻量的增加，SMA-13 型瀝青混合料動穩定度變化率在長期紫外老化的影響下不斷減小，減小的速率先增大后減小。

圖5 長期紫外老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料動穩定度變化率的影響

（3）疲勞壽命變化率

由圖6 可知， 隨著SBS 摻量的增加，AC-13 型瀝青混合料疲勞壽命變化率在長期紫外老化的影響下不斷增大且疲勞壽命變化率增加的速率先變大后減小，最后又增大。 隨著SBS 摻量的增加，SMA-13 型瀝青混合料疲勞壽命變化率在長期紫外老化的影響下逐漸增大。當SBS 摻量超過5%時，變化率降低，沒有超過5%時，變化率增加的速率先增大后減小。

圖6 長期紫外老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料疲勞壽命變化率的影響

3.3 海水環境老化

與普通環境下的瀝青路面水損壞相比， 濱海鹽環境及其嚴苛氣候條件下瀝青混合料水損壞的形成機理具有其特殊性和復雜性。 目前，有關瀝青混合料水損壞的研究已取得了眾多重要研究成果，但在中國南部濱海的鹽環境地區，夏季高溫高濕、冬季微凍融及鹽蝕的共同作用對瀝青混合料的水損傷性能影響很大，也很復雜，相關研究必不可少。

（1）馬歇爾穩定度變化率

由圖7 可知，在海水環境老化后，瀝青混合料馬歇爾穩定度顯著降低，主要原因是海水環境老化后，海水進入到混合料內部，隨著水分的蒸發，海水中的鹽分晶體在試件內部慢慢累積并結晶膨脹，破壞瀝青混合料內部結構，同時海水中的離子會使瀝青乳化，進一步降低瀝青混合料強度。 隨著SBS 改性劑摻量增加，AC-13 型和SMA-13 型瀝青混合料老化后瀝青混合料殘留馬歇爾穩定度均增大。 當SBS 摻量達到4%左右時， 瀝青混合料殘留馬歇爾穩定度增速趨于平緩， 但隨著SBS 摻量繼續增加，瀝青混合料殘留馬歇爾穩定度增速又繼續增大，整體曲線呈波浪線形。

（2）動穩定度變化率

由圖8 可知，海水環境老化后，瀝青混合料動穩定度下降，隨著SBS 摻量上升，瀝青混合料殘留動穩定度增加。 當SBS 改性劑摻量較低時，AC-13型和SMA-13 型瀝青混合料殘留動穩定度增加不明顯，但當SBS 摻量達到3%后繼續增加SBS 摻量，瀝青混合料殘留動度明顯增加。

圖8 海水環境老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料動穩定度變化率的影響

（3）疲勞壽命變化率

由圖9 可知，海水環境老化后，瀝青混合料的疲勞壽命減低、抗疲勞性能下降。 當SBS 摻量較小時，隨著SBS 摻量上升，瀝青混合料殘留疲勞壽命增加和瀝青混合料抗疲勞性能得到明顯改善，但當SBS 摻量達到4%后，隨著SBS 摻量的增加，其殘余疲勞壽命增長趨于平緩，整體曲線呈凸曲線形。

圖9 海水環境老化對不同SBS 摻量的瀝青混合料疲勞壽命變化率的影響

4 結論

本文圍繞SBS 改性劑的不同摻量對改性瀝青混合料的路用性能和抗老化性能展開研究，得出如下結論：（1）當密級配型和間斷級配型改性瀝青混合料受到短期老化和長期老化時，其基本路用性能均會受到不良影響而導致瀝青性能劣化，從而加速瀝青混合料的破壞。 （2）隨著SBS 改性劑含量的增加，短期老化和長期老化對瀝青混合料性能的影響也均隨之遞減，表明SBS 改性劑的加入可以在一定程度上提高瀝青材料的抗老化性能，進而增強瀝青混合料的耐老化性能； 并且當SBS 改性劑含量從4%增加至5%以上時，SBS 對混合料耐老化性能的改善作用減緩。 綜合考慮性能和成本，SBS 瀝青中SBS 改性劑最佳摻量為5%左右。 （3）隨著鹽霧環境下水的侵蝕，瀝青混料高溫穩定度和車轍動穩定度都會隨之下降，隨著改性劑含量的增加，其受到的影響也隨著減小；根據瀝青混合料耐久性能研究也可以得到相同變化趨勢。 （4）相較密級配型，間斷級配型改性瀝青混合料受到短期老化、長期老化和鹽霧環境老化時均表現出了更好的路用性能和抗老化性能。