不同老化方式對高黏瀝青性能的影響研究

孫 科

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

引言

透水瀝青路面由于具有較大的空隙，能夠及時排除雨水，減少了行車滑移的風(fēng)險，同時其表面豐富的紋理結(jié)構(gòu)還可以提高路面的摩擦力，近年來愈發(fā)受到各界關(guān)注。由于透水瀝青路面為大孔隙結(jié)構(gòu)，空隙率一般可達(dá)20%，集料與集料間多為點接觸，因此對瀝青的粘結(jié)力要求較高，多采用高黏瀝青[1]。然而，其較大的空隙，也使得裹復(fù)在集料表面的高黏瀝青與空氣、陽光等接觸面積要遠(yuǎn)大于其他類型路面，因此更容易受到老化。胡芳等[2]研究了老化對SBS瀝青性能的影響，發(fā)現(xiàn)老化后瀝青的高溫性能有所提高。馬莉骍等[3]研究了紫外老化對基質(zhì)瀝青水穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明,隨著紫外老化時間的延長，水穩(wěn)定性降低。目前關(guān)于瀝青老化的研究多集中在基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青方面，而高黏瀝青方面則較少[4]。

1 原材料和試驗方法

1.1 試驗原材料

1.1.1 高黏改性劑

高黏改性劑為TPS改性劑。TPS高黏改性劑適宜環(huán)氧基增粘樹脂、熱塑性彈性體為基材，輔以抗氧、抗剝離和交互聯(lián)劑，將瀝青絕對黏度提高約100倍，具有高軟化點、高彈性恢復(fù)、高黏韌性、高抗老化等特性。高黏改性劑的機理通過調(diào)整瀝青各組分間的比例。當(dāng)基質(zhì)瀝青中添加進(jìn)入高黏改性劑后，

瀝青會產(chǎn)生溶脹反應(yīng)，同時瀝青中的輕質(zhì)組分如飽和芳香酚等會增加，從而提高瀝青的黏附性。

1.1.2 基質(zhì)瀝青

高黏瀝青制備方法為高黏改性劑復(fù)配基質(zhì)瀝青，其中基質(zhì)瀝青選擇為90#道路石油瀝青，其各項性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[5]的技術(shù)要求。瀝青技術(shù)性能試驗結(jié)果見表1。

表1 瀝青試驗指標(biāo)

1.2 試驗方法

1.2. 高黏改性瀝青制備

根據(jù)試驗需要確定基質(zhì)瀝青和高黏改性劑的添加比例。選擇88% 的基質(zhì)瀝青摻配12% 的高黏改性劑制備高黏改性瀝青。將基質(zhì)瀝青加熱至充分流動狀態(tài)，然后將稱量好的TPS高黏改性劑加入基質(zhì)瀝青中，初步進(jìn)行攪拌，待攪拌均勻后采用高速剪切機再剪切20 min完成高黏瀝青制備。制得的高黏瀝青指標(biāo)見表2，均滿足《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（GJJ/T 190-2012）要求[6]。

表2 高黏瀝青試驗指標(biāo)

1.2.2 老化方式的確定

分別采用RTFOT和PAV的老化方式，模擬瀝青在熱氧條件下發(fā)生的老化；采用紫外光老化烘箱，模擬瀝青在自然條件下受到的長期光老化；在RTFOT老化的基礎(chǔ)上，結(jié)合紫外老化模擬瀝青在多因素耦合條件下的老化。

1.2.3 老化后的高黏瀝青評價體系

采用針入度指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后感溫性能的變化規(guī)律；采用指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后低溫性能的變化規(guī)律；采用軟化點指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后高溫性能的變化規(guī)律。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 熱氧老化后高黏瀝青性能

路面在實際使用時與空氣直接接觸，同時車輛行駛時會產(chǎn)生摩擦，加之夏季高溫，導(dǎo)致暴露在外的瀝青會受到嚴(yán)重的熱氧老化。試驗結(jié)果見表3、圖1。

表3 熱氧老化后高黏瀝青性能結(jié)果

圖1 熱氧老化后高黏瀝青性能

由圖1可以看出，在經(jīng)過熱氧老化后，高黏瀝青性能發(fā)生了明顯改變。（1）短期熱氧老化作用下（RTFOT），高黏瀝青的針入度相比原樣瀝青有所下降。原樣瀝青的針入度為40.8（0.1 mm），RTFOT老化后的針入度為32.1（0.1 mm），下降了21.3%?？梢?，經(jīng)過熱氧老化作用后，高黏瀝青變硬，因此其針入度有所下降。（2）軟化點方面，原樣瀝青的軟化點為92℃，RTFOT老化后的軟化點為89℃，兩者基本相等，表明短期熱氧老化對瀝青的高溫性能影響不大。（3）短期老化后高黏瀝青的延度相比老化前下降較明顯，老化前延度為38 cm，而老化后僅為15 cm，下降了約60%。

為進(jìn)一步明確熱氧老化對高黏瀝青性能的改變，采用長期壓力老化（PAV）對高黏瀝青進(jìn)行試驗。結(jié)果表明，與短期老化相類似，高黏瀝青的針入度和延度呈現(xiàn)下降的趨勢，且降幅更大，而軟化點與原樣瀝青差別不大。其中，針入度降低了44.9%，延度降低了81.6%。

2.2 紫外老化后瀝青性能

紫外老化后高黏瀝青的性能見表4、圖2。

表4 紫外老化后高黏瀝青性能結(jié)果

圖2 紫外老化后瀝青性能

由圖2可以看出，紫外老化后瀝青性能的改變與熱氧老化具有明顯區(qū)別。（1）隨著紫外老化時間的增加，高黏瀝青的軟化點呈現(xiàn)增加的趨勢。其中，原樣瀝青的軟化點為92℃，而經(jīng)過10 d，15 d以及20 d紫外老化后，高黏瀝青軟化點分別增加為96℃、102℃、106℃，其抵抗高溫變形能力明顯提升。（2）針入度方面，紫外老化后高黏瀝青的針入度隨老化時間的增加而下降，老化20 d后高黏瀝青的針入度為26 （0.1 mm），相比原樣瀝青降低了36.6%?？梢?，不管是熱氧老化還是光老化，都會一定程度上提高黏瀝青的脆硬性。（3）隨著紫外老化時間增加，高黏瀝青延度呈現(xiàn)下降趨勢。此外，觀察紫外老化后瀝青的延度曲線發(fā)現(xiàn)，與針入度所不同，當(dāng)紫外老化時間為小于15 d時，高黏瀝青延度的變化趨勢較為均勻，而當(dāng)紫外老化時間增加至20 d時，瀝青延度出現(xiàn)了明顯降低。其中，原樣、10 d和15 d紫外老化后瀝青延度分別為33 cm、24 cm和18 cm，而20 d紫外老化后的延度則突降至4 cm。隨著老化時間的增加，高黏瀝青黏度也越來越大。20 d紫外老化后瀝青黏度為8.3 Pa·s,相比原樣瀝青3.3 Pa·s提升了近2倍。因此，從黏附性角度老看，紫外老化有助于提升瀝青與集料間的黏結(jié)性能。

2.3 復(fù)合條件下瀝青性能

在路面實際使用過程中，瀝青老化不僅僅只受到熱氧活紫外等單一因素的老化，而更多的是兩者復(fù)合條件下的老化。表4、圖3為復(fù)合條件老化后高黏瀝青性能試驗結(jié)果。

表4 復(fù)合作用下高黏瀝青性能試驗結(jié)果

圖3 復(fù)合老化條件下高黏瀝青性能

由圖3可以看出：（1）在復(fù)合老化條件下，高黏瀝青的變化規(guī)律與單一因素下的老化有所不同。復(fù)合老化后，高黏瀝青的軟化點表現(xiàn)為先增加后降低的規(guī)律。當(dāng)老化時間為10 d時，高黏瀝青的軟化點相比原樣增加，而當(dāng)老化時間延長至15 d時，高黏瀝青的軟化點則下降至低于原樣瀝青。這說明，在老化初期，高黏瀝青主要受紫外老化影響，而在老化后期，則以熱氧老化為主。（2）復(fù)合老化作用下，高黏瀝青的針入度下降速率要大于單一因素作用下。其中，原樣瀝青的針入度為42 （0.1 mm），老化10 d后的針入度為23 （0.1 mm），老化15 d后的針入度為14 （0.1 mm）。復(fù)合作用下，老化10 d的針入度已經(jīng)相當(dāng)于紫外老化20 d的效果。針入度反映了瀝青的感溫性能，針入度越大，瀝青的感溫越好?？梢?，老化作用對瀝青的感溫性能不利。（3）延度方面，原樣瀝青的延度為36 cm，老化10 d后延度為25 cm，老化15 d后延度為19 cm，這與單一紫外老化后的結(jié)果基本一致。延度反映了瀝青的低溫性能，因此可以認(rèn)為，瀝青低溫性能的降低主要是由于紫外老化作用的緣故。

3 結(jié)語

（1）短期熱氧老化作用下，高黏瀝青的針入度比原樣瀝青下降了21.3%，延度下降了約60%，軟化點基本相等。PAV老化后的性能變化規(guī)律與RTF0T相類似，但針入度和延度降幅更大，分別降低了44.9%和81.6%，軟化點則差別不大。（2）隨著紫外老化時間的增加，高黏瀝青的軟化點呈現(xiàn)增加的趨勢，針入度隨老化時間的增加而下降。當(dāng)老化時間小于15 d時，延度的變化趨勢較為均勻，而時間增加至20 d時，延度出現(xiàn)了明顯的降低。紫外老化有助于提升瀝青黏附性。（3）復(fù)合老化初期，高黏瀝青的軟化點主要受紫外老化的影響，而在后期，則以熱氧老化為主。復(fù)合老化作用下，高黏瀝青的針入度下降速率要大于單一因素作用，高黏瀝青低溫性能的降低主要以紫外老化作用為主。