超热老化条件下改性沥青的性能变化规律分析

毛锦伟，梁甲

（三峡大学，湖北宜昌443002）

随着我国经济的高速发展，沥青因其优越的使用性能而在道路建设中得以广泛使用，但伴随着我国交通建设要求的不断提高，对沥青在超热条件下的老化性能以及改善沥青抗老化性能措施研究显得十分有必要。本文通过试验确定基质沥青的性能衰变规律后，再对两种改性沥青在相同老化条件下针入度和软化点变化进行研究，对比分析超热老化条件下的基质沥青和改性沥青性能衰变规律，并对提出合理的改善沥青老化性能措施[1-3]。

1 实验材料与分析方法

1.1 原材料

本实验采用针入度80/100基质沥青进行沥青老化实验，改性沥青采用SBS改性剂及高黏度改性剂，这两种改性沥青在高温时比较稳定，同时具有较好的延展性[4-5]。3种沥青老化前基本性质如表1。

表1 3种沥青老化前基本性能对比

1.2 试验方法

1.2.1 沥青软化点试验

沥青软化点测定一般有环球法和克沙氏法，本文试验选用环球法。主要通过将沥青加热软化浇筑在由黄铜制成的试样环中稍稍多出试件表面，在室温条件下冷却30 min后用热刮刀将表面刮平，每组制作两个试件作为对比组。

1.2.2 沥青针入度试验

本文采用沥青针入度试验的标准试验条件：温度25℃、荷重100 g、贯入时间5 s和单位0.01 mm。沥青软化后装入盛样皿（内径55 mm，深35 mm）中在室温条件下冷却1～1.5 h，然后将试样转移到25℃的试验水槽中水浴1～1.5 h。

2 结果与分析

2.1 基质沥青超热老化性能试验

在施工过程中，浇筑式沥青混凝土是在“密闭、低氧”的条件下被运输，所以本文为模拟浇筑沥青运输环境下的老化，将沥青摊铺在长方形托盘中（270 mm×200 mm×20 mm），摊平至10 mm左右的厚度。基质沥青在以下6个温度：190、200、210、220、230、240℃进行老化，并在10、20、30、40、50、60 min这6个时间点下对基质沥青的针入度、软化点这两大性能指标进行测量。

表2 基质沥青6种温度下针入度变化

图1 基质沥青在6种温度下老化时软化点变化

表2对基质沥青的针入度变化的分析，老化10 min时，各温度下老化程度基本与初始基质沥青82.1 mm相差不大。在190、200和210℃这3个温度下老化，针入度值变化不是特别大，190℃总共下降16.70 mm，200℃下降20.00 mm，210℃下降30.1。在220～240℃这4个温度下，针入度下降十分明显，见图1。

图2 SBS改性沥青在6种温度针入度变化

图2 软化点实验研究发现：190～210℃这3个温度下，三者曲线基本重合，整体变化十分缓慢。在210～220℃之间，当超过20 min时，220℃下沥青软化点产生突变，变化速率瞬间变大。在220～240℃时，三者曲线斜率基本一致并且在240℃时较230℃时曲线有所下降，说明沥青在这几个温度下老化的程度基本趋于稳定。

因此基质沥青在190～210℃这个温度区间下短时间内沥青基本不发生老化，老化主要发生40 min之后。210～220℃是基质沥青老化突变的一个“过渡温度”。到220～240℃这个温度区间时沥青老化已经十分严重。

2.2 SBS改性沥青超热老化性能试验

2.2.1 SBS改性沥青针入度变化规律

同基质沥青一样设置6个温度在不同时间下进行老化试验，测量SBS改性沥青的针入度和软化点。

由图2可知，SBS改性沥青在190℃和200℃针入度随时间变化较缓，基本上不发生老化。在210℃时，沥青在20 min时老化出现最大值，随后沥青针入度开始下降回到未老化时的状态。在220～240℃时，沥青在10 min之前，温度越高老化速率越慢，在10～30 min内，温度越高老化速率越快。但在前30 min内沥青在220℃时老化最严重，230℃次之，240℃老化最轻。后30 min，沥青针入度下降速率与温度成正比。

2.2.2 SBS改性沥青软化点变化规律

图3 SBS改性沥青在6种温度软化点变化

根据图3可知：在0～30 min之间，SBS改性沥青软化点在6种温度下变化速率较快，在30 min后下降速率开始减小。190和200℃时，软化点随时间变化缓慢，老化程度轻。在210℃时，软化点变化处于一种“过渡”状态，老化程度较大。在220～240℃这3个温度下软化点变化趋于一致。

2.3 高黏度改性沥青超热老化性能试验

2.3.1 高黏度改性沥青针入度变化规律

由图4可知，在20 min以内，高黏度改性沥青在6个温度下老化，针入度基本不发生改变。在20 min之后，高黏度沥青在220～240℃下，老化速率加快。

高黏度改性沥青在190℃和200℃条件下基本上不发生老化，温度在210℃时老化主要发生在30 min之后，在220～240℃这3个温度下，老化主要发生在20 min之后，相对210℃老化时间提前。

图4 高黏度改性沥青在6种温度下针入度变化

2.3.2 高黏度改性沥青软化点变化规律

图5 高黏度沥青在6种温度下软化点的变化

图5 可看出高黏度改性沥青在190℃条件下，软化点呈现缓慢下降的趋势。在200℃时，沥青软化点基本上呈现下降的趋势但是变化很小，也间接表明沥青在190℃和200℃这两个温度下高黏度改性沥青基本不老化，软化点处于波动状。在210～240℃区间内，软化点都有较为明显的波动，有可能是因为实验中因开闭烘箱做试件时导致的波动。在230～240℃这两个温度下，软化点最低值在20 min左右，老化也最为严重。

3 结论

通过对基质沥青、SBS改性沥青以及高黏度改性沥青在6种温度下的老化试验发现如下情况：①沥青在190℃和200℃这两个温度下老化程度较轻，对沥青的基本性能影响较小；基质沥青老化的“过渡温度区间”在200～220℃之间，在220℃之后老化十分严重；在190～220℃这个温度区间下，沥青在30 min以内老化较轻，对性能影响较小可以正常使用。②改性之后的两种沥青在性能变化上也有类似于基质沥青的“过渡温度区间”；在200～220℃，和基质沥青相似，两种改性沥青在这种高温条件下性能变化整体不是特别大，抗老化性能[6]明显提升。高黏度改性沥青的抗老化性能相较SBS改性沥青的抗老化性能更优。