SBS改性瀝青及其混合料短期老化性能研究

陳稚

(岳陽市公路橋梁基建總公司， 湖南 長沙 414021)

由于路面結(jié)構(gòu)長期暴露于自然狀態(tài)下，SBS改性瀝青極易發(fā)生老化。一般采用PAV模擬改性瀝青的長期老化，采用RTFOT或TFOT模擬瀝青的短期老化。規(guī)范采用老化溫度163 ℃模擬瀝青在加熱、拌和、運(yùn)輸中的短期老化，但往往在瀝青混合料生產(chǎn)、拌和及運(yùn)輸過程中溫度高于該溫度。規(guī)范采用烘箱加熱法模擬瀝青混合料的短期老化，加熱溫度為135 ℃，而混合料實(shí)際運(yùn)輸、攤鋪過程中溫度為160～175 ℃，與混合料短期老化溫度相差較大。因此，有必要研究不同溫度下SBS改性瀝青及其混合料的老化狀況。楊永強(qiáng)等的研究表明，復(fù)合改性瀝青經(jīng)短期老化后其高溫性能、低溫性能及施工和易性等降低，高溫性能受老化時(shí)間及老化溫度的影響較小。陳捷的研究表明瀝青的老化性能受溫度影響較大；高磊等研究不同SBS改性劑摻量的SBS改性瀝青的抗老化性能，結(jié)果表明老化前后改性瀝青的路用性能與SBS改性劑摻量有關(guān)，建議SBS改性劑摻量取4%。曹雪娟等對SBS改性瀝青短期老化后微觀改性機(jī)理進(jìn)行研究，認(rèn)為熱氧老化會(huì)使SBS改性瀝青的高、低溫性能下降。馬慶偉等認(rèn)為瀝青老化主要影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。張永豪等研究瀝青儲(chǔ)存階段的老化機(jī)理及對混合料路用性能的影響，結(jié)果表明儲(chǔ)存溫度150 ℃下混合料的路用性能穩(wěn)定，儲(chǔ)存溫度180 ℃下路用性能衰減較大。翟金陵等考慮短期老化試驗(yàn)條件與實(shí)際工程的差異，提出了適用于SBS改性瀝青施工的短期老化評價(jià)體系?？紤]到短期老化試驗(yàn)條件與實(shí)際工程的差異，本文研究不同短期老化條件下SBS改性瀝青性能及SBS改性瀝青混合料路用性能的變化，以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

(1) SBS改性瀝青。采用成品SBS改性瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求(見表1)。

表1 SBS改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)

(2) 集料。采用玄武巖礦質(zhì)集料，其各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求(見表2～4)。

表2 粗集料的物理力學(xué)指標(biāo)

表3 細(xì)集料的物理力學(xué)指標(biāo)

表4 礦粉的物理指標(biāo)

(3) 混合料級配。采用AC-13級配(見表5)，最佳油石比為5.2%。

1.2 試驗(yàn)方案

借鑒已有研究成果，采用不同老化狀況即不同老化溫度(163 ℃、180 ℃)和不同老化時(shí)間(1 h、3 h、6 h和9 h)進(jìn)行RTFOT短期老化，研究SBS改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度和黏度隨老化狀況的變化；采用不同老化溫度(135 ℃、150 ℃和170 ℃)和不同老化時(shí)間(4 h、8 h和12 h)進(jìn)行SBS改性瀝青混合料短期老化試驗(yàn)，研究不同老化狀況下混合料的高、低溫性能及水穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 短期老化后SBS改性瀝青的性能變化

2.1.1 針入度

不同老化狀況即不同溫度(163 ℃、180 ℃)和不同老化時(shí)間(1 h、3 h、6 h和9 h)下SBS改性瀝青針入度的變化見圖1。

圖1 不同老化狀況下SBS改性瀝青針入度的變化

由圖1可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的針入度隨老化時(shí)間增加呈減小趨勢。這可能是由于SBS改性劑吸附瀝青中輕質(zhì)組分，吸附溶脹作用使改性劑相互連接形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青黏稠度增加。溫度越高，針入度越小，溫度提高將加劇改性劑的吸附溶脹作用，高溫狀態(tài)也會(huì)加劇基質(zhì)瀝青的老化，導(dǎo)致瀝青硬質(zhì)化。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，針入度衰減率分別為12.1%和34.1%，溫度越高，瀝青老化越嚴(yán)重。

2.1.2 軟化點(diǎn)

軟化點(diǎn)反映瀝青的高溫性能。SBS改性瀝青軟化點(diǎn)隨老化狀況的變化見圖2。

圖2 不同老化狀況下SBS改性瀝青軟化點(diǎn)的變化

由圖2可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)隨老化時(shí)間增加呈增大趨勢。這可能是由于SBS改性劑吸附溶脹后相互連接形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在軟化點(diǎn)測試時(shí)，鋼球下落過程中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻礙其下落，軟化點(diǎn)增大，高溫性能提高。老化溫度為180 ℃、老化時(shí)間3 h后，其高溫性能提高減緩，說明老化溫度過高將加劇SBS改性劑的降解。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，軟化點(diǎn)增長率分別為26.3%和26.1%。

2.1.3 延度

瀝青低溫延度反映瀝青的低溫性能。延度試驗(yàn)溫度為5 ℃，拉伸速度為1 cm/min。SBS改性瀝青延度隨老化狀況的變化見圖3。

圖3 不同老化狀況下SBS改性瀝青延度的變化

由圖3可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的延度隨老化時(shí)間增加呈減小趨勢。老化時(shí)間3 h內(nèi)，SBS改性瀝青的延度衰減不大；3 h后，SBS改性瀝青的低溫性能快速衰減。其原因是SBS改性劑的降解導(dǎo)致空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞，老化也導(dǎo)致基質(zhì)瀝青的低溫性能衰減。與原樣瀝青相比，在溫度163 ℃和180 ℃下老化9 h后，延度衰減率分別為42.9%和68.7%。高溫對SBS改性瀝青低溫性能的影響較大，運(yùn)輸、攤鋪過程中應(yīng)將溫度控制在180 ℃以下，以免溫度過高影響瀝青的低溫性能。

2.1.4 黏度

在135 ℃條件下，選用21號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為30 rad/min，測定不同老化狀況下SBS改性瀝青的黏度，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同老化狀況下SBS改性瀝青黏度的變化

由圖4可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青的黏度隨老化時(shí)間增加呈先減小后增大的趨勢。這主要是因?yàn)镾BS改性劑在短時(shí)間內(nèi)吸附溶脹作用較弱，隨著時(shí)間的推移，吸附溶脹作用增強(qiáng)，形成密實(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，SBS改性瀝青的黏度增加。

2.2 短期老化后SBS改性瀝青混合料的路用性能

2.2.1 高溫性能

采用車轍試驗(yàn)對短期老化后SBS改性瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知：不同老化狀況下，SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨老化時(shí)間增加呈增大趨勢，老化溫度越高，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越高。老化后，改性瀝青變得更硬，隨老化時(shí)間推移，軟化點(diǎn)提高，高溫性能增強(qiáng)，流變性能下降，因而擁有更強(qiáng)大的抗形變能力，高溫抗車轍能力得到改善。

圖5 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 低溫性能

采用低溫彎曲試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的低溫性能。不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料低溫性能變化見圖6、圖7。

從圖6、圖7可以看出：不同老化狀況下，SBS改性瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度隨老化時(shí)間增加呈增大趨勢，老化溫度越高，彎曲強(qiáng)度越大；彎拉應(yīng)變隨老化時(shí)間增加呈減弱趨勢，老化溫度越高，彎曲應(yīng)變越小，混合料低溫性能減弱，與SBS改性瀝青的低溫延度變化趨勢相同，可能與瀝青低溫性能的衰減有關(guān)。

圖6 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖7 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料彎拉應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 不同老化狀況下SBS改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由圖8可知：SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨老化時(shí)間增加呈先增加后減小的趨勢。老化時(shí)間4 h內(nèi)，殘留穩(wěn)定度隨老化時(shí)間推移而增加，混合料的水穩(wěn)定性得到改善，老化溫度的影響較小；4 h后，混合料的殘留穩(wěn)定度隨老化時(shí)間增加而減小，老化溫度對混合料水穩(wěn)定性的影響增大。

3 結(jié)論

(1) SBS改性瀝青的針入度、延度隨老化時(shí)間的推移呈減小趨勢，軟化點(diǎn)呈增大趨勢，高溫性能得到提高，黏度先減小后增大。與規(guī)范老化溫度相比，老化溫度越高，SBS改性瀝青的針入度、延度和黏度越小，但軟化點(diǎn)增大。

(2) 隨老化時(shí)間推移，SBS改性瀝青混合料的高溫性能得到改善，低溫性能減弱，殘留穩(wěn)定度隨老化時(shí)間增加先增加后減小。隨老化溫度提高，SBS改性瀝青混合料的高溫性能有所增強(qiáng)，低溫性能減弱，抗水損害性能下降。