改性沥青抗紫外老化性能研究

李烨宏

（广东交科检测有限公司，广东 广州 510000）

1 引言

目前，常用的道路改性沥青主要有：SBS改性沥青 （试验采用的为1-D型），SBR改性沥青（试验采用的是单独制备的改性沥青）以及橡胶改性沥青 （试验采用的是70s0型）。沥青高温性能的分析方法较多，除其针入度之外，还有DSR试验等［1～2］，针对本文研究所在地点， 本文所采用的研究高温条件下沥青粘度以及其车辙因子性能的方法为布洛菲尔度黏度计以及DSR。

2 沥青及改性沥青表观黏度分析

沥青流变性质其中一个较为重要的表征指标为黏度。在紫外光线的照射下沥青产生老化，使其内部出现断裂的化学键，并开始重新组排以及聚合，从宏观上即沥青黏度在老化时的变化规律［3～4］。 因此，研究沥青的抗紫外线老化可以通过研究沥青黏度的方法实现。布洛克菲尔德粘度计法测试沥青粘度结果见表1所示。

表1 布洛克菲尔德粘度计法测试沥青粘度结果（单位： MPa·s）

续表

在相同的温度条件下，四种沥青中黏度值最小的是基质沥青，表明其流动性最好，但耐高温性能则较差。相比于基质沥青而言SBR改性沥青虽然黏度稍有提升，但相比之下其值并不大，SBS改性沥青以及橡胶沥青具有较为相近的性质，它们的沥青黏度具有较大幅度的提升，并且当温度达到140℃时，黏度仍然比2000 mpa·s大，但若沥青粘度较大，难以充分加热拌和沥青与集料，不易施工。在140℃的条件下，未老化的沥青黏度指标为基质沥青最小，橡胶沥青最大，其中SBS改性沥青的粘度比SBR改性沥青大［5～6］。

为对沥青在紫外线照射下老化的时间进行研究，本文将实验所得数据绘制如下图1～图4所示。由于篇幅限制，本文仅列出部分数据。

图1 基质沥青黏度变化图

图2 SBS沥青黏度变化图

图3 SBR沥青黏度变化图

图4 橡胶沥青黏度变化图

3 试验结果分析

从实验结果可得，沥青的黏度在不同的温度条件下均表现出随着时间上升而不断增加的趋势。要使得基质沥青完全进入流动状态，需使其温度降得很低，而当温度很低时改性沥青的流动性则表现得较差。因而在较低温度下对两者的动力黏度的差异性进行研究是不合理的。但不论是改性沥青还是基质沥青，在140℃的条件下均具有较好的流动性，具有较为稳定的试验结果，因而误差也较小，所以本文重点研究沥青在140℃老化时的粘度变化。分析实验结果可得：

（1）在140℃时黏度与沥青紫外老化的时间呈正比关系。

（2）随着老化时间的上升，不同沥青的粘度增加量均不相同。将其与未老化的沥青试验进行对比，所得结果如表2所示。

表2 140℃下沥青各个老化阶段的粘度百分比

若将沥青的抗紫外线老化性能用粘度的百分比增长来表示，那么在越低的增长率的情况下，表明沥青紫外老化时的组分仅有较小的变化，既其具有较强的抗老化性能。基于上述推论可知，基质沥青的抗紫外线老化性能最低，SBS改性沥青以及SBR改性沥青的抗老化性能仅有较小差异。但若仅采取增长百分比的方式辨别沥青的抗老化性能对仅有较小基数的基质沥青而言并不合理。但在未老化情况下基质沥青与SBS改性沥青具有较为相近的黏度数值，并且比起其余两种改性沥青其老化后的指标增长率较小，可知相比于基质沥青，SBR改性沥青的抗紫外老化能力较强。

（3）选取老化进度的100%作为16个月的沥青老化动力黏度数值，并选取0%作为原样沥青的老化进度，所得结果如表3所示。

表3 沥青老化速度以140℃的动力黏度表示时

随着不断上升的老化时间，沥青的黏度增加量不断趋于平缓，其中表现最为明显的为基质沥青。在4个月的等效老化后基质沥青已基本完成老化，但黏度的增长值仅为总老化时长的77%；不管是何种改性沥青，在八个月的老化时间里，其老化以及基本完成了69%左右。并且在全部的老化时间内，后四个月的老化时间里仅占了9%左右。从上述分析可知，基质沥青的紫外老化速度比改性沥青的快。

相比于基质沥青的抗紫外老化能力，改性沥青的抗紫外老化能力较强，并且在老化时间以及老化条件相同时，其老化速度也较慢。分析其原因主要有以下几方面：若仅以SBS改性沥青的角度而言，决定其老化性能的主要为基质沥青的抗老化以及SBS改性剂的抗老化两方面，以其一方面的因素出发，SBS改性沥青由于不断的氧化等作用所形成的基质沥青含量不断增多，使其黏度不断上升，以改性剂的因素出发，氧化作用破坏了SBS的结构，导致其剪切阻力下降。因此，基质沥青以及改性剂一起影响了SBS改性沥青老化后的黏度。同理可得，SBR改性沥青以及橡胶沥青的抗老化规律同SBS改性沥青。

四种沥青老化时间不同时在140℃下黏度的横向比较如图5所示。

图5 140℃时沥青及改性沥青的黏度试验结果横向对比（单位： mPa·S）

从上图可知，在沥青的动力黏度中基质沥青以及SBR沥青属于同一数量级，相比于基质沥青的动力黏度，SBR改性沥青较大；而比起基质沥青以及SBR改性沥青，其余两种沥青的动力黏度均较大，表明其高温稳定性能较好。对沥青的高温稳定性能以动力黏度的角度进行分析可得，动力黏度最大的为橡胶沥青，最小的为基质沥青，基于中间的SBS改性沥青的动力黏度比SBR改性沥青的大。

4 沥青及改性沥青车辙因子分析

本文所选取的试验方法为与真实沥青路用性能相关性较强的SHRP分级体系，对沥青高温稳定性能进行研究分析。本次试验试验测量了老化16个月后以及未老化试验的车辙因子，所得结果如表4所示。

表4 沥青车辙因子指标表

从上表可知：

（1）在16个月的老化时间中，四种沥青的G*均有所增加，δ均有所减小。该种变化表明在温度相同的条件下，当沥青的刚度上升时，其弹性也随之上升，但沥青的韧性变小变脆。紫外老化后的G*/sinδ有所上升，该种变化与紫外老化对沥青高温稳定性的影响结果一致。

（2）沥青的抗车辙能力可以用G*/sinδ表示，当G*/sinδ越大时，其抗车辙能力越大，既具有越强的高温稳定性。不管是老化之前还是之后，沥青高温稳定性的排序均为：橡胶沥青最大，基质沥青最小，且置于中间的SBS改性沥青大于SBR改性沥青。与上述黏度试验结果一致。虽然沥青的老化能够在一定程度上使其高温稳定性有所上升，但先天性的高温能力不足并不能通过该种方式弥补。

（3）条件相同时，经过16个月的紫外老化模拟之后，四种沥青的车辙因子都有所上升，上升幅度的排序为：基质沥青＞SBS改性沥青＞SBR改性沥青＞橡胶沥青，抗紫外老化的能力则是SBS改性沥青最强，基质沥青的抗紫外老化能力最差，橡胶改性沥青的抗紫外能力大于SBR改性沥青。若仅从车辙因子的因素进行分析，相比于基质沥青，改性沥青具有最强的抗紫外老化能力，与上文黏度试验结果相同。

5 结论

本文以模拟沥青在紫外老化的方法，对四种沥青的高温稳定性进行分析研究，所得结论有：沥青在紫外老化的作用下变硬，影响其高温性能，并对其低温以及疲劳性能有一定程度的影响。相比于基质沥青，改性沥青具有较大的优势，并且SBS改性沥青，SBR改性沥青和橡胶沥青具有相似的抗紫外老化能力，但三种改性沥青中具有最佳的高温性能的为SBS改性沥青，但考虑其他因素，本文建议高温高辐射地区选取改性沥青的顺序为SBS改性沥青或橡胶改性沥青。