光、热耦合老化对SBS改性沥青路用性能的影响研究

黄　刚，宋奕臻，刘　丽

(重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室，重庆　400074)



光、热耦合老化对SBS改性沥青路用性能的影响研究

黄刚，宋奕臻，刘丽

(重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室，重庆400074)

摘要：目前我国用于评价SBS改性沥青路用性能的技术指标主要有三大指标(针入度、软化点、延度)、黏度、脆点、四组分、流变特性等。文章采用光、热耦合老化箱对不同种类的基质和SBS改性沥青进行老化，采用针入度和软化点评价老化后沥青的软硬程度及高温粘度状态。结果表明：SBS改性沥青老化后均表现针入度减小、软化点升高，且温度越高，指标变化程度越大，其规律与基质沥青的一致。一般而言，基质沥青的抗老化性能好，对应的改性沥青的抗老化性能相对较好，但耦合老化中改性沥青软化点变化，与基质沥青性能无明显关联。

关键词：耦合老化；针入度；软化点；改性沥青；路用性能；影响

0引言

据以往的研究资料，SBS改性沥青的老化过程，不仅包含基质沥青的老化，

同时也伴随着改性剂的降解等反应，改性沥青的老化特性是沥青和改性剂老化相互作用的结果。SBS改性沥青长期老化的研究与应用并不成熟，已有的研究成果较多集中在改性沥青的短期老化方面[1]，尽管部分文献做出了改性沥青长期老化的相关研究，但更多的只局限于某一种老化条件，能够将改性沥青老化过程中紫外光、热等因素加以综合考虑的研究成果并不多见，且都未形成典型的长期老化试验方法与相关标准。因此，对改性沥青开展多因素作用下的老化研究是非常有必要的。为了探究SBS改性沥青在光、热耦合老化过程中的性能变化，本文采用沥青胶结料试验规范对沥青针入度以及软化点进行研究。

1光、热耦合老化对改性沥青针入度的影响研究

本文选取四种沥青：中海油70#基质沥青(下文简称“ZH”)、中海油SBS改性沥青(简称“ZHSBS”)、SK70#基质沥青(简称“SK”)、SKSBS改性沥青(简称“SKSBS”)。选择耦合老化参数为：温度设定50 ℃、60 ℃、70 ℃三个等级[2]；紫外光强设定为40 W/m2。表1中列出了两种基质沥青与自制的四种改性沥青老化前后针入度的变化，图1～3分别显示温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃时耦合老化残留物的针入度变化趋势。

表1　沥青耦合老化针入度数值表

图1　50 ℃时针入度随老化时间变化趋势图

图2　60 ℃时针入度随老化时间变化趋势图

图3　70 ℃时针入度随老化时间变化趋势图

结果显示，三种温度热光耦合老化过程中，改性沥青和基质沥青均表现随着老化程度的加深，针入度逐渐减小，即沥青老化后稠度和硬度增加。同样40 W/m2的紫外光辐射条件下，70 ℃时的针入度变化幅度比60 ℃和50 ℃时的变化更加明显。说明在光、热耦合老化中，温度值越高，老化作用越明显。对比不同沥青材料在耦合老化中的针入度变化，以残留针入度比对针入度变化程度做出衡量。针入度比大说明其老化中的针入度损失小，抗老化性能好；而针入度比小，说明抗老化性能略差[3]。分别计算70 ℃、40 W/m2耦合老化条件下4种沥青针入度比，结果如图4所示：

图4　沥青耦合老化后针入度比对比图

由图4可知，两种改性沥青在变化趋势上与两种基质沥青相同，但其变化的幅度却存在较大差异。基质沥青在同一老化条件下的针入度变化明显高于改性沥青，也就是说，改性沥青具有更好的抗老化性能。ZH基质沥青针入度比大于SK基质沥青的针入度比，说明SK沥青在老化过程中的针入度损失大，其老化程度比ZH沥青高。而ZHSBS的针入度比也大于SKSBS，规律与基质沥青一致。说明基质沥青类型对SBS改性沥青的影响，在以针入度为表征的抗老化性能上有较大的关联性。基质沥青的抗老化性能好时，其相应的改性沥青的抗老化性能相对较好[4]。

2光、热耦合老化对改性沥青软化点的影响研究

本文对四种沥青在不同条件下的老化残余物进行软化点测试，测试结果列于表2中，图5～7分别为紫外光强度40 W/m2，耦合老化温度50 ℃、60 ℃、70 ℃下的老化残留物的软化点变化趋势图。

沥青老化后软化点变化的总趋势是随着老化程度的加深，软化点逐渐升高，即沥青老化后高温性能有所提高。四种改性沥青的软化点在经过RTFOT老化后增幅较大，而在50 ℃光、热耦合老化阶段增幅并不明显。到70 ℃时，情况稍有改善。四种改性沥青及两种基质沥青在光、热耦合老化与RTFOT老化过程中软化点变动曲线更加平滑，突变点消失。根据同一光照条件下50 ℃、60 ℃、70 ℃耦合老化软化点的不同变化规律，可以得知，耦合老化温度对SBS改性沥青的软化点影响极大。为了对比不同沥青材料在耦合老化中的软化点变化程度，以软化点比作为比较指标，结果如图8所示：

表2　沥青耦合老化软化点数值表

图5　50 ℃时软化点随老化时间变化趋势图

图6　60 ℃时软化点随老化时间变化趋势图

图7　70 ℃时软化点随老化时间变化趋势图

图8　沥青耦合老化后软化点比对比图

从图8可知，SK基质沥青的软化点普遍大于ZH基质沥青，而SKSBS改性沥青在10 d老化时的软化点比却小于ZHSBS改性沥青的软化点比，说明基质沥青的类型与相应的改性沥青抗老化性能并无明显关联。

3结论

本文通过光、热耦合老化，对不同基质沥青和改性沥青进行了针入度和软化点研究，可得出以下结论：

(1)不同SBS改性沥青经过光、热耦合老化后均表现为针入度减小、软化点升高，且温度越高，指标变化程度越大，其规律与相应的基质沥青一致。

(2)一般而言，基质沥青的抗老化性能好，对应的改性沥青的抗老化性能相对较好，但耦合老化中改性沥青的黏度变化和软化点变化，与基质沥青性能无明显关联。

参考文献

[1]周博.光热耦合作用对沥青老化性能的影响研究[J].石油沥青，2012，5(12)：35-40.

[2]贺孟霜.道路石油沥青结构行为与性能表征[D].西安：长安大学，2013.

[3]Motoyuki S Y.Relations between thermal degredations of SBS copolymer and asphalt substratein polymer modified aspalt[J].Cleaning Technology Environmental Policy，2010，12(6)：653-659.

[4]张杰文.基于耦合条件下下SBS改性沥青老化特性研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

Study on the Impact of Light-Heat Coupling Aging on Road Performance of SBS Modified Asphalt

HUANG Gang，SONG Yi-zhen，LIU Li

(Local-State Joint Engineering Laboratory of Transportation & Civil Engineering Materials，Chongqing Jiaotong University，Chongqing，400074)

Abstract：The current technical indicators used in China to evaluate the pavement performance of SBS modified asphalt are mainly three-indicators(penetration，softening point，ductility)，viscosity，brittle point，four-component，rheological properties etc.This article used the heat-light coupling aging box to conduct the aging on different kinds of substrates and SBS modified asphalt，and used the penetration and softening point to evaluate the hardness degree and high-temperature viscosity of asphalt after the aging.The results showed that：SBS modified asphalt after aging showed the decrease of penetration degree and increase of softening point，and the higher the temperature，the greater the degree of index changes，and its rule is consistent with the matrix asphalt.In general，the matrix asphalt has good anti-aging properties，the anti-aging properties of corresponding modified asphalt is relatively good，but the softening point of modified asphalt during coupled aging changed，without significant correlation with matrix asphalt performance.

Keywords：Coupling aging；Penetration；Softening point；Modified asphalt；Road performance；Impact

收稿日期：2015-12-09

文章编号：1673-4874(2016)01-0014-04

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.004

作者简介

黄刚(1971—)，博士，副教授，主要从事道路与材料工程研究工作。