關(guān)鍵詞：老化方式 | SBS改性瀝青 | 紫外老化 | 性能影響

高等級瀝青路面一般優(yōu)先選取SBS改性瀝青路面，因為SBS改性瀝青具備高溫抗車轍性，低溫抗裂性，水穩(wěn)定性，耐疲勞性和耐老化性等優(yōu)異的路用性能。但SBS改性瀝青路面在服役若干年后還會出現(xiàn)多種病害，如車轍、網(wǎng)裂等。這些病害的發(fā)生一方面是由于重載交通引起的，另一方面是則是由于改性瀝青自身發(fā)生老化原因。因此，有必要對SBS改性瀝青的老化現(xiàn)象，尤其是針對老化方式的不同對于SBS改性瀝青性能的影響進行研究。

本文基于SBS改性瀝青的老化機理理論和老化的產(chǎn)生和發(fā)展過程，設(shè)計了3種室內(nèi)試驗方法，用以模擬對應(yīng)的三種不同的瀝青老化方式:短期老化、長期老化和紫外老化，研究了3種不同老化方式對SBS改性瀝青的性能影響情況，分析了不同老化方式下的SBS改性瀝青性能變化規(guī)律。

SBS改性瀝青老化機理與過程

老化機理

SBS改性瀝青的配制過程是由SBS改性劑(星型或者線型)與基質(zhì)瀝青以及少量的其他外加劑按照一定比例摻配，經(jīng)過高速剪切、發(fā)育，zui后制成SBS改性瀝青。著眼于基質(zhì)瀝青和SBS改性劑這兩種SBS改性瀝青的主要原材料，一般認為，SBS改性瀝青發(fā)生老化，一是由于基質(zhì)瀝青自身發(fā)生氧化反應(yīng)形成了不穩(wěn)定結(jié)構(gòu);二是由于SBS改性劑化學結(jié)構(gòu)中含有雙鍵，雙鍵在光熱氧等作用下發(fā)生斷裂和氧化。在SBS改性瀝青長期老化過程中，由于長鏈SBS分子斷裂，變?yōu)樾》肿佣替?，導致SBS改性瀝青的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生分解而產(chǎn)生破壞，SBS改性瀝青的改性效果隨之衰減。

老化過程

一般認為SBS改性瀝青的主要老化方式主要分為兩種，一是短期老化，二是長期老化。其中，短期老化現(xiàn)象主要發(fā)生在SBS改性瀝青混合料在施工中的加熱、拌合以及碾壓過程中;長期老化是指由于SBS改性瀝青路面在長期使用過程中暴露于自然光照射下，SBS改性瀝青逐漸發(fā)生老化的過程。在整個長期光氧老化過程中，由于紫外輻射作用產(chǎn)生的老化相較于其他老化形式所占比重zui大，因此本文將紫外老化作為第3種老化方式，研究其對SBS改性瀝青性能影響情況。

不同老化方式的模擬試驗設(shè)計與試驗方法

短期老化模擬試驗

目前現(xiàn)有的試驗方法中，ASTM、AASHTO以及我國現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中，室內(nèi)模擬瀝青短期老化試驗的標準試驗方法有兩種：一是薄膜烘箱老化試驗(TFOT)，二是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(RTFOT)。然而，大量實體工程應(yīng)用經(jīng)驗表明，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗實際應(yīng)用效果不如薄膜烘箱老化試驗。因此，本試驗采用項目前期研究結(jié)論中的173℃薄膜烘箱老化試驗(TFOT)來模擬SBS改性瀝青的短期老化過程。

長期老化模擬試驗

在進行長期老化過程的室內(nèi)模擬試驗時，本試驗參照現(xiàn)行規(guī)范，采用了美國SHRP提出的壓力老化試驗(PAV)。參照規(guī)范要求，修改PAV老化試驗條件如下:

(1)對試樣進行173℃薄膜烘箱老化試驗(TFOT)，歷時5h后，將TFOT老化后的50g試樣倒入不銹鋼盤中;

(2)將173℃TFOT老化后試樣放入PAV壓力老化的器皿器中，在壓力容器中釋放2.1MPa的空氣壓力，溫度設(shè)置為100℃，歷時20h。在PAV壓力老化結(jié)束后，對真空脫氣后殘留物進行指標檢測。

紫外老化模擬試驗

本試驗設(shè)計了紫外老化箱，用以在室內(nèi)模擬路面在室外長期使用過程中受紫外輻射所產(chǎn)生的老化。

本試驗室內(nèi)紫外老化試驗過程如下:

(1)在173℃老化溫度下，對SBS改性瀝青進行TFOT試驗，并對老化前后的SBS改性瀝青進行性能指標檢測。

(2)將歷經(jīng)173℃TFOT老化試驗后的SBS改性瀝青放入紫外老化箱中，進行3d、6d、9d、12d、15d、18d的室內(nèi)紫外老化試驗，并對紫外老化后的SBS改性瀝青進行性能指標檢測。

試驗原材料

原材料基質(zhì)瀝青采用韓國SK-90;SBS改性瀝青是由燕山石化4303SBS改性劑按照4.5%的摻量內(nèi)摻于SK-90高速剪切配制而成。對原材料和配制成的SBS改性瀝青進行性能指標檢測，結(jié)果均滿足規(guī)范要求?；|(zhì)瀝青以及SBS改性瀝青檢測結(jié)果見表1、表2。

試驗結(jié)果與分析

短期老化對SBS改性瀝青的性能影響

SBS改性瀝青短期老化模擬試驗結(jié)果見表3。

從表3可以看出，SBS改性瀝青經(jīng)歷173℃TFOT老化后，性能無統(tǒng)一變化規(guī)律，針入度、延度、彈性恢復(fù)等指標發(fā)生衰減，而軟化點和運動粘度增da，且延度指標變化zui為顯著，說明SBS改性瀝青經(jīng)173℃TFOT老化后變硬、變脆、流動性減弱，但其老化殘留物的各項指標仍能滿足目前現(xiàn)行規(guī)范要求。驗證了TFOT老化溫度設(shè)為173℃的合理性。

長期老化對SBS改性瀝青的性能影響

SBS改性瀝青長期老化模擬試驗(PAV試驗)結(jié)果見表4。

從表4可以看出，SBS改性瀝青經(jīng)歷PAV老化后，與未老化時相比，針入度、延度、運動粘度、彈性恢復(fù)等指標衰減比例基本超過50%，性能發(fā)生嚴重衰減;PAV老化后的SBS改性瀝青各項性能指標已無法滿足規(guī)范要求，說明SBS改性瀝青在長期光氧作用下，性能發(fā)生衰減，導致路面病害頻發(fā)，從而直接影響了路面的使用性能。

紫外老化對SBS改性瀝青的性能影響

按照本文2.3提出的紫外老化室內(nèi)模擬試驗方法，得到模擬試驗結(jié)果見表5和圖1。

結(jié)合表5和圖1可以看出：

(1)經(jīng)過173℃TFOT老化后，SBS改性瀝青的針入度、軟化點等性能指標均顯著減小，粘度增da，說明在SBS改性瀝青混合料加熱拌和過程中，SBS改性瀝青的性能就已經(jīng)發(fā)生了大幅衰減。在隨后的老化過程中，SBS改性瀝青的針入度和延度仍持續(xù)減小，運動粘度持續(xù)增da，瀝青發(fā)生硬化、變稠、延展性變差，說明瀝青在后續(xù)紫外老化過程中其性能仍不斷持續(xù)下降。

(2)在紫外老化后半程(12d~18d)，SBS改性瀝青的各項性能指標變化幅度趨于平緩。隨老化時間的不斷增長，瀝青的性能變化率將緩慢降低至平緩，SBS改性瀝青性能不再繼續(xù)快速衰減。

不同老化方式下SBS改性瀝青的性能對比

本文分別采用3種不同的室內(nèi)試驗對不同老化方式作用下SBS改性瀝青進行性能試驗，三種老化方式的模擬試驗對應(yīng)關(guān)系分別為：

(1)173℃薄膜烘箱老化(TFOT)用以模擬短期的老化

(2)壓力老化(PAV)用以模擬路面長期老化過程

(3)紫外老化用以模擬SBS改性瀝青路面在實際長期使用過程中的老化

采用紫外老化箱進行的室內(nèi)紫外老化試驗18天約可等效為瀝青路面室外老化1年的老化程度，PAV老化試驗可等效為瀝青路面表層使用5年的老化程度，因此按照老化的時間次序整理試驗結(jié)果見表6。性能衰減幅度對比圖見圖2。

綜合表6和圖2可以看出：

(1)總趨勢：SBS改性瀝青歷經(jīng)三段不同老化過程，性能依次持續(xù)發(fā)生衰減，其中軟化點指標變化無規(guī)律。

(2)具體指標：與未老化時相比，無論歷經(jīng)何種方式的老化，老化后SBS改性瀝青的5℃延度與135℃運動粘度均發(fā)生顯著變化。其中PAV老化試驗結(jié)果表明，老化后SBS改性瀝青的5℃延度比未老化時減小約74%，135運動粘度比未老化時增加了約96%。說明老化作用對SBS改性瀝青的高低溫性能影響顯著。

(3)短、長期的變化：從整個老化過程分析，SBS改性瀝青歷經(jīng)173℃TFOT短期老化后，瀝青性能衰減zui為明顯：其中針入度衰減幅度占整個老化過程衰減幅度約63%，延度衰減幅度占比約44%，運動粘度衰減幅度占比約26%，說明SBS改性瀝青性能在混合料拌和過程中性能發(fā)生大幅衰減后，在長期使用過程(紫外老化、PAV老化)中性能衰減仍會繼續(xù)發(fā)生，但衰減幅度逐漸減小。

結(jié)論

本文通過在室內(nèi)對短期老化、長期老化、紫外老化等3種不同老化方式進行模擬試驗，研究了不同老化方式對SBS改性瀝青性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：

(1)在不同老化方式的作用下，SBS改性瀝青老化后的性能指標變化均呈現(xiàn)針入度、5℃延度減小，135℃運動粘度增da的變化規(guī)律，瀝青性能發(fā)生衰減。

(2)無論歷經(jīng)何種方式的老化，相較于其他性能指標，老化后SBS改性瀝青的5℃延度與135℃運動粘度變化幅度顯著，說明老化作用對SBS改性瀝青的高、低溫性能影響較大。

(3)在瀝青混合料加熱與拌合過程，即短期老化過程中(室內(nèi)采用173℃TFOT短期老化模擬)，SBS改性瀝青性能已發(fā)生大幅下降，在長期使用過程中(室內(nèi)采用紫外老化、PAV老化模擬)，隨老化時間的不斷延長，SBS改性瀝青性能仍將繼續(xù)衰減，然而衰減幅度逐漸減小。

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全文完 發(fā)布于《公路交通技術(shù)》技應(yīng)用技術(shù)版2019年9期

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瀝青壓力老化容器用來模擬現(xiàn)場瀝青在服務(wù)5～10年后（長期老化）老化，試樣暴露在高壓和高溫環(huán)境20小時（可選99小時），意大利matest瀝青壓力老化試驗儀（PAV）符合實驗室相關(guān)瀝青老化標準。瀝青壓力老化試驗儀由不銹鋼壓力容器（AISI304，由ASME和CE認證）和圍繞容器的加熱器組成。壓縮空氣至少2.1MPa，壓力調(diào)節(jié)器維持實驗要求的老化條件。

產(chǎn)品特點

▍ 瀝青壓力老化試驗儀具備堅固的不銹鋼機架和容器?

▍ 快速預(yù)加熱系統(tǒng)，可預(yù)加熱到 80℃，以便縮短調(diào)制時間?

▍ 定時器預(yù)設(shè)時間和日期，可在設(shè)定的時間自動啟動機器?

▍ 創(chuàng)新設(shè)計的冷卻系統(tǒng)?

▍ 全自動，半自動和手動三種測試模式可選?

▍ 溫度和壓力實時監(jiān)測?

▍ 集成 7 英寸彩色觸屏控制器?

▍ 通過傳感器實時壓力監(jiān)測，標準規(guī)范試驗壓力 2.1±0.03MPa?

▍ 通過 CE 和 ASME認證

B091M1 PAV-研究版

與B091M相同，但使用電子壓力閥，自動調(diào)節(jié)壓力，調(diào)壓范圍 從環(huán)境壓力到2.4MPa，可在控制面板上直接調(diào)節(jié)。

與市場同類PAV相比，意大利matest瀝青壓力老化容器 PAV增加了一些重要的優(yōu)勢，以幫助用戶選擇正確的測試方法。

▍ 非常靈活，用戶可以選擇自動模式（用戶只需要選擇 85℃ ~90℃ ~100℃ ~110℃之間的溫度，機器就會按照標準要求自動執(zhí)行測試），半自動模式（可以在 60 到 130℃之間選擇測試溫度，并且測試時間按標準確定），手動控制模式（研究性質(zhì)，用戶可以決定長可達99個小時的測試時間和高至 150℃的測試溫度）

▍ 用戶可以根據(jù)標準或按用戶設(shè)定設(shè)置溫度啟動測試?

▍ 用戶可以設(shè)置開始時間，這對于在晚上開始的測試和在完成測試時進行程序設(shè)置非常有幫助，以確保實驗并不會浪費時間?

▍ 在將樣品放入容器之前，用戶可以設(shè)置預(yù)熱模式以達到確定的溫度

▍ 測試將在使用預(yù)熱模式后一小時內(nèi)開始

▍ 從保護角度考慮，在測試運行時，Matest 的機器使用電子鎖，以避免操作員誤操作?

▍ 瀝青壓力老化試驗儀 7 英寸觸摸屏顯示屏可實時監(jiān)控壓力和溫度?

▍ 配有用于數(shù)據(jù)收集的 USB，以便存儲測試以備將來使用?

▍ PED 和 ASME 壓力容器認證?

▍ 全不銹鋼設(shè)計

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