SBS改性沥青老化性能分析

田伟民

(江苏省溧阳市公路管理处，江苏 溧阳 213300)

0 引言

改性沥青作为现代交通尤其是高等级道路材料，可以很有效增强路面的抗害能力，同时大大延长养护周期，减少养护工作量和养护费用。丁二烯—苯乙烯—丁二烯共聚物(SBS)被公认为是最为理想的改性剂，它与沥青具有良好的相容性并形成非常微细的分散体系，具有较好的储存稳定性，兼有较好的高温性能和低温性能，能同时改善沥青的高温、低温性能和抗老化性能[1]。因此，SBS改性沥青是目前国内外使用最广泛的改性沥青。然而，SBS改性沥青在生产及长期使用过程中，会受到各种自然因素，如氧、温度、水、紫外线以及车辆荷载等的作用，发生一系列的挥发、氧化、聚合，乃至内部结构变化，导致沥青的性质逐渐发生变化(老化)[2]。对于基质沥青的老化，有关学者已进行了大量研究，成功分析了沥青老化的影响因素、评价指标，揭示了沥青老化机理[3-5]。然而，对于国内大量使用的改性沥青的老化规律及其影响因素还有待于进一步深入的研究与探讨。因此，本文对SBS改性沥青的性能老化规律进行深入分析，为进一步深入认识SBS改性沥青老化机理，提高其耐久性提供有力参考。

1 试验材料与方法

选取AH90号基质沥青，进行SBS改性得到SBS70号改性沥青，为了进行更有效的对比分析，同时选取AH70号基质沥青进行试验分析。

为了直观有效的对比评价SBS改性沥青老化后的性能变化规律，对选用的AH90基质沥青及其相应的SBS改性沥青SBS70，以及与改性沥青处于同一针入度级别的AH70基质沥青，进行RTFOT短期老化(RT)和PAV压力长期老化试验，压力老化时间分别取 5 h(P5 h)，10 h(P10 h)，20 h(P20 h)，30 h(P30 h)，并对原样沥青(Ori)和不同老化阶段(RT，P5 h，P10 h，P20 h，P30 h)的沥青试样进行性能测定。

为了系统全面评价SBS改性沥青的老化性能，分别采用常规性能指标测试试验包括针入度，软化点，延度和弹性恢复，以及SHRP性能指标测试试验包括粘度试验，DSR试验以及BBR试验对老化沥青进行性能测试分析。

2 常规性能指标变化规律分析

首先对沥青试样在不同老化阶段的包括针入度、软化点及延度在内的沥青三大指标以及弹性恢复性能进行测试。相应的试验结果如图1所示。

从图1中各指标的变化情况可以看出:

1)改性沥青与基质沥青具有相似的性能老化规律，随着老化的进行，针入度减小，软化点增大，延度及弹性恢复均减小，而各指标的衰变速率随老化时间逐渐减缓，表明改性沥青中基质沥青的老化应该是导致改性沥青老化的主导因素;

2)基本上在整个老化过程中，改性沥青在各指标所表征的性能绝对值上均优于基质沥青，同时各性能指标的衰变速率均弱于基质沥青，表明改性沥青不仅具有优于基质沥青的使用性能，同时具有更好的抗老化性能;

3)随着老化深度的不断增加，改性沥青性能逐渐的趋近于基质沥青，尤其是在5℃延度和弹性恢复两个指标中得到了更充分的体现，随着老化的进行，改性沥青优良的低温延度变形特性不断丧失，而其弹性恢复衰变速率甚至超过了基质沥青，表明对这两项指标起主导改善作用的SBS改性剂在老化作用下也在逐步失效劣化。

3 SHRP性能指标变化规律

结合SHRP沥青结合料测试方法，通过布氏旋转粘度试验(RV)，动态剪切流变试验(DSR)和弯曲梁流变试验(BBR)测试得到不同沥青及相应的不同老化阶段的135℃粘度，70℃高温车辙因子G*/sinδ，-18℃低温蠕变劲度S和蠕变劲度变化速率m。通过各指标的变化规律进一步对比分析改性沥青老化性能变化规律。尽管与常规性能指标相比，SHRP性能指标在测试与应用过程中被赋予了更多的与实际使用温度相关联的含义，但是单就指标本身的变化程度而言，不同老化深度的性能指标的对比仍然能够反映出老化对沥青性能的影响规律。相应的试验结果如图2所示。

可以看出，图2中SHRP性能指标所反映的沥青老化规律基本可以得到与常规性能指标类似的结论:随着老化的不断进行，粘度及车辙因子不断增加，低温劲度S不断增大的同时，蠕变速率m不断减小，表明老化后沥青高温性能进一步增强但是低温性能则表现为劣化。结合前述的常规性能指标分析以及相关研究结论[6]，可以认为沥青相在改性沥青与基质沥青中以相同的方式老化。

而从不同老化阶段各指标与原样沥青的变化比值可以看出，改性沥青的指标变化或衰变速率明显小于基质沥青，表明改性剂的存在大大提高了改性沥青的抗老化性能。

基于SBS改性沥青的改性机理[7]，SBS在沥青中形成的趋于连续相的交联网络结构，对基质沥青性能影响非常明显，尤其是对高温性能的影响要比沥青相大得多，这一点可以从基质沥青和改性沥青原样沥青粘度及车辙因子的测试结果对比中看出，可以认为两种指标能够在一定程度上反映SBS改性剂的影响。

由于改性沥青中基质沥青相也在不断老化，因此，单纯从图2a)和图2c)的粘度及车辙因子的测试结果难以完全判断出两种指标的增长是由于基质沥青老化还是改性剂与基质沥青相的相互作用增强所造成。但从图2b)和图2d)中两种指标的增长速率可以看出，改性沥青的增长速率明显小于基质沥青，尤其是在PAV老化后期表现的更加明显，结合前述的延度及弹性恢复变化规律分析及SBS改性机理，可以认为，造成这一现象的主体原因应该是SBS改性剂老化造成其形成的优良结构被破坏。而结合相关研究[8]，SBS改性剂作为一种聚合物，受热老化作用重组成的较小颗粒以及发生的亚结构变化存在于改性沥青中会造成改性沥青稠度的进一步增长，因此改性沥青仍然会表现出高于老化基质沥青的粘度及车辙因子。

4 结语

本文通过常规性能试验和SHRP性能试验对SBS改性沥青的性能老化规律进行了深入分析。通过试验测试结果分析发现:SBS改性剂的加入能够有效改善基质沥青的使用性能;SBS改性沥青具有与基质沥青类似的老化规律，表现为高温性能的改善和低温性能的劣化，表明其性能老化仍然受其中的基质沥青影响;但是相同老化因素作用下，其老化程度明显较基质沥青低，表明其中的SBS改性剂发挥了抗老化作用;然而随着老化的不断进行，SBS改性剂也会出现劣化，导致SBS改性沥青性能劣化，失去原有的改性性能。因此，SBS改性剂的老化由其中的基质沥青老化和SBS改性剂劣化共同组成，与此同时基质沥青和SBS改性剂之间的相互保护作用延缓了其老化速度，起到了提高耐久性的作用。

[1] 陈华鑫.SBS改性沥青路用性能与机理研究[D].西安:长安大学博士学位论文，2005.

[2] 栗培龙.道路沥青老化行为与机理研究[D].西安:长安大学博士学位论文，2007.

[3] 范耀华，丁国靖.石油沥青抗老化性能的研究[J].石油沥青，1997，11(3):1，7.

[4] 金鸣林，杨俊和，史美仁.道路沥青老化机理分析[J].上海应用技术学院学报，2001，1(1):14-17.

[5] 张 倩，赵 洁，史梦琪，等.自然因素作用下沥青老化化学机理分析[J].西安建筑科技大学学报，2004，36(4):45，450.

[6] 徐鸥明，韩 森，李洪军.紫外线对沥青特征官能团和玻璃化温度的影响[J].长安大学学报(自然科学版)，2007，727(2):16-20.

[7] 张昌祥，张玉贞.两种典型道路沥青化学组成与抗老化性能的比较研究[J].石油炼制与化工，1990(2):14-21.

[8] 杨彦海.道路再生沥青性能分析与评价[D].沈阳:沈阳建筑工程学院硕士学位论文，2003.