陳捷

(保利長(zhǎng)大工程有限公司)

0 引言

為響應(yīng)國(guó)務(wù)院2019 年9 月印發(fā)實(shí)施《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的要求，同時(shí)基于現(xiàn)代道路交通流量的迅速增長(zhǎng)、重車(chē)的軸載明顯增加的因素影響，要求瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力、低溫抗裂能力、抗水損害能力要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙和行業(yè)技術(shù)規(guī)范要求[1-2]，為此對(duì)瀝青的性能提出更高的要求。改性瀝青作為現(xiàn)代交通尤其是高等級(jí)交通路用材料，通過(guò)對(duì)基質(zhì)瀝青的調(diào)控、改性劑摻量和改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性等途徑能夠改善改性瀝青的高溫變形能力，增強(qiáng)瀝青路面的抗車(chē)轍性能，提高瀝青的彈性恢復(fù)，增強(qiáng)瀝青的抗低溫和抗疲勞開(kāi)裂性能。丁二烯-苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)被公認(rèn)為是最為理想的改性劑，它與瀝青具有良好的相容性并形成非常微細(xì)的分散體系，具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，兼有較好的高溫性能和低溫延展性能，能同時(shí)改善瀝青的高溫、低溫性能和抗老化性能[3]。還有研究者發(fā)現(xiàn)，SBS 改性劑的加入能夠有效改善基質(zhì)瀝青的使用性能；SBS 改性瀝青具有與基質(zhì)瀝青類(lèi)似的老化規(guī)律，表現(xiàn)為高溫性能的改善和低溫性能的劣化，表明其性能老化仍然受其中的基質(zhì)瀝青影響；但是相同老化因素作用下，其老化程度明顯較基質(zhì)瀝青低，表明其中的SBS 改性劑發(fā)揮了抗老化作用；然而隨著老化的不斷進(jìn)行，SBS 改性劑也會(huì)出現(xiàn)劣化，導(dǎo)致SBS 改性瀝青性能劣化，失去原有的改性性能[4]。此外，學(xué)者研究還發(fā)現(xiàn)：SBS 摻量為5%時(shí)，針入度和軟化點(diǎn)呈現(xiàn)兩階段老化特征，即隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，針入度降幅先大后小，軟化點(diǎn)先降后升，同時(shí)微觀分布狀態(tài)也呈現(xiàn)兩階段特征[5]。不少學(xué)者更是對(duì)比了旋轉(zhuǎn)薄膜加熱和薄膜加熱兩種試驗(yàn)方法對(duì)不同改性劑摻量性能影響和試驗(yàn)溫度對(duì)SBS 改性瀝青性能影響，并分析了瀝青短期和長(zhǎng)期以及不同老化環(huán)境老化性能變化[6-8]。

SBS 改性瀝青老化性能越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，但在溫度高于163℃條件下進(jìn)行老化性能比對(duì)試驗(yàn)較少，為更好服務(wù)于實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用，本文選取兩種不同品牌SBS 瀝青在不同溫度下老化性能指標(biāo)試驗(yàn)分析，為實(shí)際工程應(yīng)用提出試驗(yàn)引導(dǎo)方向，為項(xiàng)目工程質(zhì)量和耐久性提供借鑒。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

A 品牌SBS 改性瀝青和B 品牌改性瀝青：基質(zhì)瀝青、出廠瀝青針入度、延度指數(shù)PI、延度（5℃，5cm/min）、軟化點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度、閃點(diǎn)、溶解度、彈性恢復(fù)、老化后質(zhì)量變化、殘留針入度比和殘留延度各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。

1.2 試驗(yàn)儀器

電熱鼓風(fēng)干燥箱，瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱，分析天平，感量不大于0.001g，電腦式瀝青針入度測(cè)定儀，瀝青針入度循環(huán)恒溫水浴：恒溫調(diào)速瀝青延伸度測(cè)定儀；多功能電腦全自動(dòng)軟化點(diǎn)儀；超級(jí)低溫槽；溫度計(jì)，量程0～50℃，精度0.1℃。

1.3 準(zhǔn)備工作

⑴檢查各個(gè)檢測(cè)儀器是否正常；

⑵兩種SBS 改性瀝青在160℃下加熱不低于3 小時(shí)，以排除瀝青中殘留水分；

⑶打開(kāi)延度儀、超低溫槽、瀝青針入度循環(huán)恒溫水浴；

⑷旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱在163℃±0.5℃下預(yù)熱不少于16小時(shí)；

⑸備好瀝青三大指標(biāo)對(duì)應(yīng)模具并涂上隔離劑。

1.4 試驗(yàn)依據(jù)

參照J(rèn)TG E20－2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同品牌SBS 改性瀝青老化試驗(yàn)

表1 為A 品牌SBS 改性瀝青老化前性能檢測(cè)。由表可知，A 品牌SBS 改性瀝青在老化前針入度、5℃延度、彈性恢復(fù)和軟化點(diǎn)檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范要求，滿(mǎn)足類(lèi)型為I-D 型相關(guān)要求。

表1 A 品牌SBS 改性瀝青老化前性能指標(biāo)

表2 為B 品牌SBS 改性瀝青老化前性能檢測(cè)。由表可知，B 品牌SBS 改性瀝青在老化前針入度、5℃延度、彈性恢復(fù)和軟化點(diǎn)檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)范要求，滿(mǎn)足類(lèi)型為I-D 型相關(guān)要求。

表2 B 品牌SBS 改性瀝青老化前性能指標(biāo)

綜上所述，兩種品牌SBS 改性瀝青老化前針入度、5℃延度和和彈性恢復(fù)數(shù)據(jù)比較接近，表明基質(zhì)瀝青相同情況下，不同品牌SBS 改性瀝青在老化前檢測(cè)指標(biāo)相近。

2.2 不同溫度下SBS 改性瀝青老化試驗(yàn)

圖1 是A 品牌SBS 改性瀝青在163℃、173℃和183℃旋轉(zhuǎn)薄膜殘留物針入度、延度和軟化點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果。針入度是表現(xiàn)瀝青粘滯性和稠度的指標(biāo)，在國(guó)標(biāo)中老化殘留瀝青25℃的針入度與老化前原樣瀝青針入度比是表征瀝青抗短期老化的主要指標(biāo)之一。對(duì)于同一種瀝青，針入度比越高，表明瀝青的耐老化性能越好。由圖1和表1 可知，對(duì)于A 品牌SBS 改性瀝青，隨著溫度由163℃逐漸升至183℃，針入度比先由83%降至74%，再降至70%，針入度比均在設(shè)計(jì)和規(guī)范范圍之內(nèi)；軟化點(diǎn)增值分別為6.0℃、10.1℃和12.2℃，分別升高了7.0%、11.8%和14.3%；殘留物延度隨著溫度升高，分別為22cm、16.5cm 和13.1cm，分別降低了29.0%、46.8%和57.7%。

圖1 A 品牌改性瀝青不同溫度下瀝青老化指標(biāo)

圖2 是B 品牌SBS 改性瀝青在163℃、173℃和183℃旋轉(zhuǎn)薄膜殘留物針入度、延度和軟化點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果。由圖2 和表2 可知，對(duì)于B 品牌SBS 改性瀝青，隨著溫度由163℃逐漸升至183℃，針入度比先由76.5%降至62.7%，再降至50%；軟化點(diǎn)增值分別為2.5℃、5.5℃和11.9℃，分別升高了2.9%、6.4%和13.8%；殘留物延度隨著溫度升高（163℃、173℃和183℃），分別為21cm、15.5cm 和11.7cm，相比老化前分別降低了42.5%、57.5%和67.9%。

圖2 B 品牌改性不同溫度下瀝青老化指標(biāo)

綜上所述，從針入度指標(biāo)看，溫度升高，針入度比逐漸降低，溫度為183℃時(shí)，瀝青針入度比下降最快。殘留物軟化點(diǎn)隨著溫度增加逐漸降升高，A 品牌和B 品牌改性瀝青在183℃分別增加了14.3%和13.8%。殘留物延度隨著溫度升高逐漸降低，A 品牌和B 品牌改性瀝青在183℃分別降低了57.7%和67.9%，183℃溫度下嚴(yán)重影響瀝青低溫延展性，說(shuō)明高溫下，瀝青抗老化性能下降明顯。主要是基于聚合物中基質(zhì)瀝青在高溫下自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；另外，由于SBS 改性瀝青改性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有高分子長(zhǎng)鏈，化學(xué)鏈在光、熱、養(yǎng)等作用下發(fā)生斷裂和氧化，在高溫下長(zhǎng)鏈SBS 分子斷裂，變成小分子短鏈，導(dǎo)致SBS 改性瀝青的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生分解而產(chǎn)生破壞，進(jìn)而影響高溫環(huán)境下瀝青殘留延度和軟化點(diǎn)以及針入度指標(biāo)[9]。

圖3 為不同品牌SBS 改性瀝青在不同老化溫度下質(zhì)量變化。由圖可知，SBS 改性瀝青在不同溫度下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)薄膜試驗(yàn)短期老化試驗(yàn)，質(zhì)量隨溫度升高呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。A 品牌改性瀝青隨著溫度由163℃逐漸升至183℃，質(zhì)量負(fù)增長(zhǎng)變化由-0.032%升至-0.084%；B 品牌改性瀝青隨溫度升高，質(zhì)量負(fù)增長(zhǎng)變化由-0.065%升至-0.085%。

圖3 不同老化溫度下SBS 改性瀝青質(zhì)量變化

SBS 改性瀝青在163℃、173℃和183℃溫度下進(jìn)行短期旋轉(zhuǎn)薄膜老化后，瀝青質(zhì)量呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)變化主要是隨著溫度升高，瀝青聚合物高分子鏈出現(xiàn)不同程度解鏈，溫度越高，化學(xué)建越不穩(wěn)定，質(zhì)量損失越大[10]。瀝青作為高分子材料，在高等級(jí)道路施工中應(yīng)用已是大勢(shì)所趨，作為瀝青混合料中的膠結(jié)料，瀝青品質(zhì)高低對(duì)瀝青路用性能特別耐水性、耐高溫穩(wěn)定性影響明顯，但對(duì)于瀝青混合料耐久性能影響本文不作進(jìn)一步深化。

3 結(jié)論

本文通過(guò)室內(nèi)對(duì)兩種品牌改性瀝青進(jìn)行短期不同溫度（163℃、173℃和183℃）老化比對(duì)試驗(yàn)，主要得出如下結(jié)論：

⑴A 牌和B 牌兩種改性瀝青在163℃條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)，殘留物針入度比、殘留延度和殘留物軟化點(diǎn)增值均滿(mǎn)足瀝青路面施工要求。

⑵A 牌和B 牌兩種改性瀝青在不同溫度下老化指標(biāo)變化趨勢(shì)一致，針入度隨溫度升高逐漸降低，軟化點(diǎn)增值逐漸升高，殘留延度逐漸下降，質(zhì)量損失呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)變化趨勢(shì)。

⑶SBS 改性瀝青抗短期老化性能影響受溫度影響變化明顯,特別是溫度在183°變化明顯。