分析老化溫度、時間對SBS改性瀝青混合料路用性能及評價的影響

張宏武

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

瀝青路面在使用過程中受到溫度、空氣、水分等自然因素和交通荷載等社會因素的共同作用，瀝青混合料逐漸老化，導致瀝青路面路用性能和壽命逐步降低和衰減，為此，研究老化后瀝青混合料的性能對瀝青路面的使用具有重要指導意義。現行規范公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTG E20—2011）采用135℃強制通風烘箱加熱4 h模擬瀝青混合料短期老化過程，實際上SBS改性瀝青混合料的生產施工溫度一般比基質瀝青混合料的溫度高20℃～30℃（且改性瀝青混合料可以在保溫性能良好的成品儲料倉儲存24 h），對SBS改性瀝青老化也采用普通瀝青的老化試驗條件不符合實際生產條件。因此，本研究采用135℃、150℃、165℃溫度和老化4 h、8 h、12 h的條件，分析老化溫度、老化時間對3種級配類型SBS改性瀝青混合料（AC-13、AC-16、AC-20）的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性路用性能的影響，研究SBS改性瀝青混合料路用性能的老化規律，分析適宜SBS改性瀝青混合料的短期老化試驗條件及其評價方法。

1 混合料配合比

SBS改性瀝青（SBS摻量4.5%）滿足1-D技術要求，集料為石灰巖加工，填料為石灰巖磨細礦粉。瀝青混合料配合比設計結果見表1和表2所示。

表1 SBS改性瀝青混合料礦料級配 %

表2 混合料配合比馬歇爾試驗結果

2 瀝青混合料短期老化試驗條件

將SBS改性瀝青混合料老化試驗溫度定為135℃、150℃和165℃，老化時間確定為0 h、4 h、8 h、12 h。試驗步驟：將拌好的SBS改性瀝青混合料均勻攤鋪在搪瓷盤中，松鋪厚度約21～22 kg/m2，放入規定溫度的烘箱中在強制通風條件下加熱，每小時翻拌混合料一次，加熱到設定的老化時間后，從烘箱中取出混合料成型試件進行路用性能試驗，具體參考《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》（JTJ E20—2011）。

3 瀝青混合料抗老化性能

3.1 高溫性能

依據選定的老化試驗條件對混合料進行老化后的SBS改性瀝青混合料動穩定度試驗結果分析見圖1和表3。

圖1 SBS改性瀝青混合料動穩定度與老化時間的關系

表3 SBS改性瀝青混合料動穩定度（次/mm）與老化時間（h）的關系

由試驗結果及圖1和表3可以看出：

a）改性瀝青混合料的動穩定度隨著老化程度的加劇不斷提高。在定溫下，動穩定度基本隨老化時間呈線型增長。

b）當老化溫度為135℃時，AC-13瀝青混合料的動穩定度增長率明顯小于AC-16和AC-20瀝青混合料，AC-16和AC-20混合料的動穩定度增長趨勢比較接近；當老化溫度提高至150℃～165℃時，3種級配瀝青混合料動穩定度的增長曲線大致（擬合斜率基本一致）平行，說明該老化溫度下隨著老化時間的增長不同級配混合料的老化程度比較接近，即進行室內老化模擬試驗時150℃～165℃的老化溫度相比135℃更適合SBS改性瀝青。

c）SBS改性瀝青混合料要達到相同的老化程度，可采取提高老化溫度或延長老化時間兩種途徑實現，即在135℃溫度下老化12 h的動穩定度與165℃下老化4 h的動穩定度大致相等；在150℃溫度下老化8 h的動穩定度與165℃下老化4 h的動穩定度大致相等。

3.2 低溫性能

本研究采用-10℃低溫彎曲試驗，分析在老化溫度135℃、150℃、165℃和老化時間4 h、8 h、12 h后對3種級配SBS改性瀝青混合料瀝青混合料的低溫性能變化。

依據表4試驗數據可以發現：

a）瀝青混合料的彎拉強度、勁度模量隨著老化時間延長或老化溫度的提高呈逐漸增長趨勢，而彎拉應變則呈逐漸下降趨勢。但是不同老化溫度下彎拉強度的增長規律又有所差別，老化溫度為135℃時彎拉強度隨老化時間延長而迅速增長，老化溫度為150℃時彎拉強度的增長速率次之，老化溫度為165℃時彎拉強度隨老化時間延長增長較慢，甚至出現彎拉強度降低的現象。

b）老化時間相同時，彎拉應變與老化溫度有很好的相關性，彎拉應變隨老化溫度的變化規律為με135℃＞με150℃＞με165℃，με165℃為 με135℃的 60%～80%，με150℃為 με135℃的 70%～90%。

c）從混合料級配對老化后瀝青混合料彎拉勁度模量的影響來看，相同老化條件下AC-13與AC-16混合料的勁度模量比較接近，而AC-20混合料的勁度模量則明顯高于其他兩種混合料。造成此種現象的原因主要是AC-20混合料相比其他兩種混合料礦料級配較粗、瀝青膜相對較薄，在相同老化條件下其瀝青膠結料老化較為嚴重，即彎拉勁度模量偏高。

為進一步分析SBS改性混合料低溫抗裂性老化后的變化程度，計算不同老化程度下混合料彎拉強度比、彎拉應變比與勁度模量比，結果見圖2。

表4 -10℃低溫彎曲試驗結果表

圖2 彎拉強度比、彎拉應變比與勁度模量比隨老化時間的變化曲線

從圖2彎拉強度比、彎拉應變比與勁度模量比隨老化時間的變化曲線可知：

a）相同老化溫度下不同級配混合料的彎拉強度比增長曲線差異較小，而不同老化溫度下相同級配混合料的彎拉強度比增長曲線存在明顯差異。

b）彎拉應變比隨老化時間的變化大致呈線性關系降低，且隨著老化溫度升高，彎拉應變比減小速率迅速增大，165℃老化12 h后改性瀝青混合料的彎拉應變衰減為新拌混合料的40%～50%，低溫抗裂性能明顯變差。165℃老化4 h彎拉應變比的衰減量與150℃老化8 h的衰減量大致相等，165℃老化4 h彎拉應變比的衰減量甚至大于135℃老化4 h的衰減量。

c）老化溫度、混合料級配、老化時間等對勁度模量比的影響呈現出明顯的規律性，且均與彎拉應變比的變化規律相反。這主要是因為在老化過程中彎拉強度變化幅度較小，而彎拉應變對混合料老化非常敏感，衰減幅度非常顯著，勁度模量是彎拉強度與彎拉應變的比值，自然呈現出與彎拉應變相反的規律。

由此可知，經過老化試驗，瀝青混合料脆性增加，低溫抗裂性能降低。各種指標在瀝青混合料老化前后的變化范圍反映了其對老化的敏感性，3種評價指標的變化范圍排序為勁度模量比大于彎拉應變比大于彎拉強度比，說明勁度模量比對混合料的老化最敏感。

3.3 水穩定性

3.3.1 殘留穩定度

本研究采用浸水馬歇爾試驗獲得的殘留穩定度評價SBS改性瀝青混合料的水穩定性，試驗結果見表5。

表5 不同老化程度改性瀝青混合料馬歇爾殘留穩定度MS0%

從表5可以看出，隨著老化時間的延長，各種老化溫度下改性瀝青混合料的殘留穩定度呈先增大后降低的趨勢。整體來看，經過老化以后改性瀝青混合料的殘留穩定呈減小趨勢，由96%減小至93%左右，區分度不大，難以區分水穩定性的優劣。采用浸水馬歇爾殘留穩定度評價老化對SBS改性瀝青混合料水穩定性的影響存在一定的局限性，主要因為浸水馬歇爾試驗比較寬松，浸水馬歇爾試驗中浸水時間較短，SBS改性瀝青水穩定普遍較好，并不會導致瀝青中的親水性物質與水相溶而發生馬歇爾殘留穩定度明顯衰減。

3.3.2 凍融劈裂試驗

圖3 老化時間與TSR（AC-13、AC-16、AC-20）的關系

由圖3的曲線可以看出：

a）3種級配改性瀝青混合料的凍融劈裂比TSR隨著老化時間延長呈線性迅速降低，主要因為經過老化以后，瀝青結合料變硬，組分中親水性物質增加，混合料勁度提高，在凍融過程中易產生破裂損傷，混合料在進行劈裂試驗時更容易受到破壞，造成水穩性能降低。

b）從老化溫度對混合料TSR的影響來看，隨著老化溫度升高相同老化時間內的凍融劈裂比TSR呈降低趨勢，相同老化時間時凍融劈裂比排序為TSR135℃＞TSR150℃＞TSR165℃；從老化溫度與時間對凍融劈裂比的影響來看，老化溫度為135℃老化12 h凍融劈裂比的衰減量與老化溫度為150℃老化8 h凍融劈裂比的衰減量大致相等，而老化溫度為165℃老化4 h凍融劈裂比的衰減量即達到該衰減量。

凍融劈裂比擬合曲線的斜率反映了混合料水穩定性的衰減速率，可一定程度上反映混合料的老化速率，不同老化溫度下TSR擬合曲線的斜率（TSR衰減速率）見表6。

表6 SBS改性瀝青混合料TSR衰減速率

從表6、圖3可知：

老化溫度對TSR衰減速率的影響非常顯著，AC-16改性瀝青混合料的TSR衰減速率略大于AC-13改性瀝青混合料，但是衰減速率非常接近，區分度不大。而AC-20改性瀝青混合料的TSR衰減速率明顯高于其他兩種混合料，普遍高出20%～40%左右。因此，凍融劈裂試驗更能有效地評價SBS改性瀝青混合料老化后的水穩定性。

4 結論

a）延長老化時間，提高老化試驗溫度均可增強SBS改性瀝青混合料的老化程度。進行室內老化試驗模擬瀝青混合料施工過程短期老化時，150℃、165℃的老化溫度更加適合SBS改性瀝青混合料。

b）瀝青混合料勁度模量作為老化后的綜合力學性能指標，對瀝青混合料老化的敏感性明顯好于彎拉強度和彎拉應變指標，更適宜作為SBS改性瀝青混合料老化后的低溫力學性能評價指標。

c）殘留穩定度比難以區分SBS改性瀝青混合料老化水穩定性的優劣，存在一定的局限性。凍融劈裂比TSR對SBS改性瀝青混合料老化比較敏感，可作為評價SBS改性瀝青混合料老化后的水穩定性評價指標。