SBS改性瀝青及其混合料短期老化性能研究

陳稚

(岳陽市公路橋梁基建總公司， 湖南 長沙 414021)

由于路面結構長期暴露于自然狀態下，SBS改性瀝青極易發生老化。一般采用PAV模擬改性瀝青的長期老化，采用RTFOT或TFOT模擬瀝青的短期老化。規范采用老化溫度163 ℃模擬瀝青在加熱、拌和、運輸中的短期老化，但往往在瀝青混合料生產、拌和及運輸過程中溫度高于該溫度。規范采用烘箱加熱法模擬瀝青混合料的短期老化，加熱溫度為135 ℃，而混合料實際運輸、攤鋪過程中溫度為160～175 ℃，與混合料短期老化溫度相差較大。因此，有必要研究不同溫度下SBS改性瀝青及其混合料的老化狀況。楊永強等的研究表明，復合改性瀝青經短期老化后其高溫性能、低溫性能及施工和易性等降低，高溫性能受老化時間及老化溫度的影響較小。陳捷的研究表明瀝青的老化性能受溫度影響較大；高磊等研究不同SBS改性劑摻量的SBS改性瀝青的抗老化性能，結果表明老化前后改性瀝青的路用性能與SBS改性劑摻量有關，建議SBS改性劑摻量取4%。曹雪娟等對SBS改性瀝青短期老化后微觀改性機理進行研究，認為熱氧老化會使SBS改性瀝青的高、低溫性能下降。馬慶偉等認為瀝青老化主要影響瀝青混合料的水穩定性和低溫抗裂性能。張永豪等研究瀝青儲存階段的老化機理及對混合料路用性能的影響，結果表明儲存溫度150 ℃下混合料的路用性能穩定，儲存溫度180 ℃下路用性能衰減較大。翟金陵等考慮短期老化試驗條件與實際工程的差異，提出了適用于SBS改性瀝青施工的短期老化評價體系。考慮到短期老化試驗條件與實際工程的差異，本文研究不同短期老化條件下SBS改性瀝青性能及SBS改性瀝青混合料路用性能的變化，以指導工程實踐。

1 試驗材料與試驗方案

1.1 試驗材料

(1) SBS改性瀝青。采用成品SBS改性瀝青，其各項技術指標均滿足規范要求(見表1)。

表1 SBS改性瀝青的技術指標

(2) 集料。采用玄武巖礦質集料，其各項物理力學指標均滿足規范要求(見表2～4)。

表2 粗集料的物理力學指標

表3 細集料的物理力學指標

表4 礦粉的物理指標

(3) 混合料級配。采用AC-13級配(見表5)，最佳油石比為5.2%。

1.2 試驗方案

借鑒已有研究成果，采用不同老化狀況即不同老化溫度(163 ℃、180 ℃)和不同老化時間(1 h、3 h、6 h和9 h)進行RTFOT短期老化，研究SBS改性瀝青針入度、軟化點、延度和黏度隨老化狀況的變化；采用不同老化溫度(135 ℃、150 ℃和170 ℃)和不同老化時間(4 h、8 h和12 h)進行SBS改性瀝青混合料短期老化試驗，研究不同老化狀況下混合料的高、低溫性能及水穩定性。

2 試驗結果分析

2.1 短期老化后SBS改性瀝青的性能變化

2.1.1 針入度

不同老化狀況即不同溫度(163 ℃、180 ℃)和不同老化時間(1 h、3 h、6 h和9 h)下SBS改性瀝青針入度的變化見圖1。

圖1 不同老化狀況下SBS改性瀝青針入度的變化

由圖1可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的針入度隨老化時間增加呈減小趨勢。這可能是由于SBS改性劑吸附瀝青中輕質組分，吸附溶脹作用使改性劑相互連接形成三維空間網狀結構，瀝青黏稠度增加。溫度越高，針入度越小，溫度提高將加劇改性劑的吸附溶脹作用，高溫狀態也會加劇基質瀝青的老化，導致瀝青硬質化。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，針入度衰減率分別為12.1%和34.1%，溫度越高，瀝青老化越嚴重。

2.1.2 軟化點

軟化點反映瀝青的高溫性能。SBS改性瀝青軟化點隨老化狀況的變化見圖2。

圖2 不同老化狀況下SBS改性瀝青軟化點的變化

由圖2可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的軟化點隨老化時間增加呈增大趨勢。這可能是由于SBS改性劑吸附溶脹后相互連接形成三維空間網狀結構，在軟化點測試時，鋼球下落過程中網狀結構阻礙其下落，軟化點增大，高溫性能提高。老化溫度為180 ℃、老化時間3 h后，其高溫性能提高減緩，說明老化溫度過高將加劇SBS改性劑的降解。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，軟化點增長率分別為26.3%和26.1%。

2.1.3 延度

瀝青低溫延度反映瀝青的低溫性能。延度試驗溫度為5 ℃，拉伸速度為1 cm/min。SBS改性瀝青延度隨老化狀況的變化見圖3。

圖3 不同老化狀況下SBS改性瀝青延度的變化

由圖3可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的延度隨老化時間增加呈減小趨勢。老化時間3 h內，SBS改性瀝青的延度衰減不大；3 h后，SBS改性瀝青的低溫性能快速衰減。其原因是SBS改性劑的降解導致空間網狀結構破壞，老化也導致基質瀝青的低溫性能衰減。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，延度衰減率分別為42.9%和68.7%。高溫對SBS改性瀝青低溫性能的影響較大，運輸、攤鋪過程中應將溫度控制在180 ℃以下，以免溫度過高影響瀝青的低溫性能。

2.1.4 黏度

在135 ℃條件下，選用21號轉子，轉速為30 rad/min，測定不同老化狀況下SBS改性瀝青的黏度，試驗結果見圖4。

圖4 不同老化狀況下SBS改性瀝青黏度的變化

由圖4可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的黏度隨老化時間增加呈先減小后增大的趨勢。這主要是因為SBS改性劑在短時間內吸附溶脹作用較弱，隨著時間的推移，吸附溶脹作用增強，形成密實網狀結構，SBS改性瀝青的黏度增加。

2.2 短期老化后SBS改性瀝青混合料的路用性能

2.2.1 高溫性能

采用車轍試驗對短期老化后SBS改性瀝青混合料的高溫性能進行評價，試驗結果見圖5。

由圖5可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青混合料的動穩定度隨老化時間增加呈增大趨勢，老化溫度越高，混合料的動穩定度越高。老化后，改性瀝青變得更硬，隨老化時間推移，軟化點提高，高溫性能增強，流變性能下降，因而擁有更強大的抗形變能力，高溫抗車轍能力得到改善。

圖5 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料車轍試驗結果

2.2.2 低溫性能

采用低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫性能。不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料低溫性能變化見圖6、圖7。

從圖6、圖7可以看出：不同老化狀況下，SBS改性瀝青混合料的彎拉強度隨老化時間增加呈增大趨勢，老化溫度越高，彎曲強度越大；彎拉應變隨老化時間增加呈減弱趨勢，老化溫度越高，彎曲應變越小，混合料低溫性能減弱，與SBS改性瀝青的低溫延度變化趨勢相同，可能與瀝青低溫性能的衰減有關。

圖6 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料彎拉強度試驗結果

圖7 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料彎拉應變試驗結果

2.2.3 水穩定性

采用浸水馬歇爾試驗評價瀝青混合料的水穩定性。不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果見圖8。

圖8 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

由圖8可知：SBS改性瀝青混合料的殘留穩定度隨老化時間增加呈先增加后減小的趨勢。老化時間4 h內，殘留穩定度隨老化時間推移而增加，混合料的水穩定性得到改善，老化溫度的影響較小；4 h后，混合料的殘留穩定度隨老化時間增加而減小，老化溫度對混合料水穩定性的影響增大。

3 結論

(1) SBS改性瀝青的針入度、延度隨老化時間的推移呈減小趨勢，軟化點呈增大趨勢，高溫性能得到提高，黏度先減小后增大。與規范老化溫度相比，老化溫度越高，SBS改性瀝青的針入度、延度和黏度越小，但軟化點增大。

(2) 隨老化時間推移，SBS改性瀝青混合料的高溫性能得到改善，低溫性能減弱，殘留穩定度隨老化時間增加先增加后減小。隨老化溫度提高，SBS改性瀝青混合料的高溫性能有所增強，低溫性能減弱，抗水損害性能下降。