瀝青技術指標對不同老化方式的敏感性影響分析

厚龍寶

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，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，能夠對瀝青造成一定的損害。中國廣袤的西北地區，紫外線輻照強度非常高，由紫外線照射導致的瀝青路面服務壽命的縮短已經是擺在西北道路工程技術人員面前的一道難題[1-4]。有研究認為，紫外線對瀝青的老化作用主要集中在聚集態上，表現為膠質向瀝青質轉變、瀝青質的聚沉和膠體結構的改變，特別是當瀝青中的飽和分含量較高時，這邊變化愈加明顯[5]。

縱觀國內外，針對不同老化方式的研究較多，但有關瀝青技術指標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指標對不同老化方式的敏感性分析，旨在為進一步有針對性的制定合理的瀝青抗老化方案提供參考。

1 試驗設計

1.1 原材料

選擇KLMY70#基質瀝青、中海90#和SBSI-C 改性瀝青作為原材料，其技術指標見表1。

表1 瀝青技術指標

從表1 可知，本研究所采用的瀝青技術指標均滿足相關規范的要求。

1.2 試驗方案

根據KLMY70#基質瀝青、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行宏觀技術指標的檢測分析，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關系見表2。

表2 紫外線試驗條件與室外紫外線對應關系

2 結果分析

2.1 針入度指標對紫外線老化敏感性分析

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

圖1 不同老化方式瀝青針入度的試驗結果

由圖1 可以看出，KLMY70# 基質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 相當于室外6 個月的紫外線輻照量，但瀝青的針入度卻已經相當于瀝青已使用5 年時的針入度，與PAV 老化結果相仿。相比之下，瀝青短期熱氧老化后的針入度相當于UV32，在眾多的老化條件下，表現最好。中海90#基質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。該規律與KLMY70#基質瀝青基本相仿，但值得注意的是，UV64 就已經與中海90#基質瀝青PAV 的試驗結果相當，所以中海90# 基質瀝青相較于KLMY70# 基質瀝青對紫外線老化的敏感程度更高。出現這種現象的原因，與90#基質瀝青擁有更多飽和分，其對紫外線照射的反應更加強烈有關。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。這一規律與KLMY70#基質瀝青相似，均在UV96 h 時達到了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，表現為KLMY70#瀝青針入度的衰減率變化早期相對較大，后期趨于穩定，表明其在紫外線照射過程中早期相對敏感，后期趨于穩定；中海90#基質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#基質瀝青對早期紫外線最為敏感，后期則表現為敏感性較弱。與前兩種基質瀝青相比，SBSI-C改性瀝青表現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系曲線最為平緩，因此可以認為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 軟化點指標對紫外線老化敏感性分析

對不同老化方式下，KLMY70# 基質瀝青、中海90#以及SBSI-C 改性瀝青的軟化點進行測試，結果匯總見圖3。軟化點指標是一項用于評價瀝青高溫狀態下黏滯性的指標，對瀝青混合料的高溫穩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果

由圖3 可知，對于基質瀝青，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，瀝青的輕質油分或多或少地會發生揮發，導致瀝青膠體結構發生轉變，充當分散介質的油分占比變少，進而導致瀝青的黏滯性變大。從結果看，對于KLMY70# 基質瀝青而言，TR＆B原瀝青＜TR＆BRTFOT≈TR＆BUV32＜TR＆BUV64≈TR＆BPAV＜TR＆BUV96＜TR＆BUV128＜TR＆BUV160；對于中海90#基質瀝青而言，其規律基本上與KLMY70#基質瀝青相似，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，試驗結果則發生了較大的變化，表現為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。出現上述現象的根本原因在于在PAV 老化以及紫外線老化過程中，SBS 分子鏈發生了斷裂，進而導致其黏滯性減弱，從而表現為軟化點指標的降低。

2.3 延度指標對紫外線老化敏感性分析

延度指標是表征瀝青低溫性能的一項重要指標，也是瀝青延性的一項指標，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。對不同老化方式下，KLMY70#基質瀝青、中海90#和SBSI-C改性瀝青的延度進行測試，結果見圖4。

圖4 不同老化方式瀝青延度的試驗結果

圖4 和圖5 顯示，與針入度和軟化點指標相比，瀝青延度對老化的敏感性更加強烈。對于KLMY70#基質瀝青和中海90#基質瀝青而言，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70%以上。紫外線老化也是如此，加速紫外線老化32 h 即可達到RTFOT 的延度損失水平，隨著紫外線老化時間的持續延長，延度損失率將繼續提高，當加速紫外線老化時間達到128 h 后，延度指標的損失率已經超過了90%。

圖5 不同老化方式瀝青延度衰減率

與基質瀝青不同的是，SBSI-C 改性瀝青并沒有表現出延度指標對各類老化方式的極度敏感性，而是表現出了一定的規律性，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 的延度數值仍然大于PAV 長期老化試驗延度的數值。上述現象說明，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 結論

本研究主要結論：瀝青UV96 與PAV 老化結果相仿，RTFOT 的針入度相當于UV32，與KLMY70#基質瀝青相比，中海90#基質瀝青的針入度指標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，其針入度指標對紫外線老化最不敏感。對于基質瀝青，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，軟化點指標對老化的敏感性不強。基質瀝青的延度指標對老化的敏感性更加強烈，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。