USP/SBS溫拌改性瀝青老化性能試驗研究

劉梅 韋周帥

【摘要：】為研究USP/SBS溫拌改性瀝青的抗老化性能是否滿足工程需要，文章采用常規(guī)試驗分析USP摻量變化和老化時間變化對瀝青性能影響。結果顯示：溫拌劑USP顯著改善了SBS改性瀝青的低溫延伸性能，降低了高溫穩(wěn)定性能;無論短期老化還是長期老化均降低了USP/SBS溫拌改性瀝青的低溫性能，提高了其高溫性能，長期老化對USP/SBS溫拌改性瀝青性能劣化更為顯著;USP/SBS溫拌改性瀝青能夠抵抗短期老化對高溫和低溫性能的劣化?？傊?，USP/SBS溫拌改性瀝青的低溫性能優(yōu)于SBS改性瀝青，具備一定的抗老化能力。

【關鍵詞：】道路工程;SBS改性瀝青;USP溫拌劑;短期老化;長期老化

U416.03A070214

0 引言

隨著世界能源消耗的不斷加劇，二氧化碳等氣體的排放嚴重超標，環(huán)境加劇惡化，影響了人們的基本生活。溫拌技術作為公路行業(yè)清潔、環(huán)保的施工工藝之一，在國內外得到了良好的推廣與應用。但溫拌改性材料類型繁多，溫拌瀝青混合料的應用后續(xù)問題也層出不窮，如高低溫性能劣化、抗疲勞性能不足，道路的耐久性能和抗老化性能有待進一步驗證等。黃衛(wèi)東等利用DSR試驗研究了線型、星型SBS改性瀝青的高溫性能、蠕變性能等，結果表明SBS摻量、類型對高溫性能均存在顯著影響，且車轍因子G*/sinδ與動穩(wěn)定度指標具有良好的相關性[1]?？荛L江等研究了SBS改性瀝青的高溫性能與微觀結構之間的關系，提出采用熒光形態(tài)學方法建立不同應變、不同剪切頻率和剪切時間下蠕變柔量變化規(guī)律模型，指出提高SBS改性劑摻量和延長剪切時間能夠改善瀝青高溫流變性能，為SBS改性劑與基質瀝青融合狀態(tài)分析提供了新的思路與方向[2]。祁文洋等采用微觀試驗分析了SBS改性瀝青不同老化時間段內的相態(tài)結構、分子鏈的變化，提出SBS改性瀝青存在2個較為顯著的老化階段，均與瀝青吸氧速率有關[3]。何亮等研究了Sasobit溫拌橡膠改性瀝青及瀝青混合料的基本性能，指出Sasobit橡膠改性瀝青的高溫性能優(yōu)于SBS改性瀝青，其混合料高溫抗車轍能力也優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，有效降低瀝青混合料施工溫度約20 ℃，且不降低低溫性能[4]。王輝等研究了適應于南方濕熱地區(qū)溫拌劑的基本性能，研究選擇了5種溫拌劑對基質瀝青高溫、低溫性能的影響，結果指出溫拌劑EC-120、Sasobit能夠顯著改善瀝青高溫性能，較適用于南方多雨地區(qū)[5]。李海蓮等研究了溫拌劑Sasobit、Evotherm改性瀝青的老化性能，采用不同液體與瀝青相接觸角的方法分析不同類型溫拌改性瀝青老化前后的表面能變化，為溫拌改性瀝青老化評價提出新的分析方向[6]。

綜上所述，對于新型溫拌劑USP改性瀝青及瀝青混合料的研究涉及較少，本文以常用SBS改性瀝青為基礎，分析USP/SBS改性瀝青的基本性能及抗老化性能，為其在實體工程中的推廣應用提供良好的技術指導。

1 試驗材料

研究選擇常規(guī)SBS（I-C）改性瀝青，溫拌劑選擇國內某公司生產的表面活性劑類USP產品，試驗結果見表1、表2。

2 試驗方案

SBS改性瀝青為各等級瀝青路面常用的膠粘材料，本文選擇I-C型開展相關研究，其相關試驗方案如下：

（1）USP/SBS改性瀝青制備。直接選取成品SBS（I-C）改性瀝青，恒溫160 ℃加熱至流淌狀態(tài)，采用小型攪拌裝置進行USP/SBS加工（每次加工樣品約2 kg），USP添加用量分別為4%、8%、12%、16%（占改性瀝青質量的百分數(shù)），攪拌速率為4 500～6 000 r/min，攪拌約10 min至溫拌劑USP完全溶解、攪拌均勻，冷卻后供后續(xù)試驗用。

（2）短期老化試驗。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）[7]中旋轉薄膜烘箱試驗（RTFOT）技術參數(shù)與流程制備短期老化溫拌改性瀝青樣品，為研究瀝青生產-加熱-運輸-添加拌和各過程中不同時間段狀況，短期老化時間擬為0 h、1 h、3 h、5 h、8 h，其中以5 h為標準老化時間（為長期老化提供樣品），USP摻量為8%。

（3）長期老化試驗。依據(jù)SHRP規(guī)范推薦的壓力老化試驗儀（PAV）試驗參數(shù)與流程制備長期老化樣品，長期老化初始樣品以短期老化5 h樣品為基準，長期老化時間分別定為0 h、5 h、10 h、20 h、40 h（PAV標準老化參數(shù)2.1 MPa、100 ℃、20 h），USP摻量為8%。

（4）優(yōu)化選擇試驗方法。國內外常用于評價瀝青基本性能指標的參數(shù)主要有針入度、軟化點、延度、布氏黏度，以及相關感溫性參數(shù)等，本研究選擇針入度、延度、軟化點、布氏黏度。參照JTG E20-2011的方法對上述樣品進行高溫、低溫及疲勞性能分析。

3 USP/SBS瀝青基本性能分析

瀝青的基本性能主要指高溫性能、低溫性能及溫度敏感性，均與瀝青混合料路用性能存在直接聯(lián)系，一般高溫性能評價指標有軟化點、布氏黏度、當量軟化點，低溫性能指標有25 ℃針入度、5 ℃延度及當量脆點等，本文采用上述部分指標進行試驗，結果見圖1～3。

由圖1～3可知：

（1）溫拌劑USP對瀝青的高溫性能、低溫性能均具有顯著影響，隨USP摻量的增加，針入度、延度均呈增加趨勢，當量脆點、軟化點和當量軟化點呈下降趨勢，摻量越大對各項性能指標影響越顯著。如摻量0～16%范圍內，針入度變化了3.2%～63.2%，延度變化了7.7%～66.9%，軟化點變化了-1.8%～-17.1%，當量脆點變化了-16.2%～-42.3%。說明溫拌劑USP能夠改善SBS改性瀝青的低溫延伸性能，且隨摻量的增加，改善效果越顯著;但對SBS改性瀝青的高溫性能具有劣化作用，隨摻量的增加劣化越明顯。USP材料為表面活性劑類，與SBS改性瀝青混合后改變了其網狀結構，如在低溫環(huán)境下SBS分子鏈開始斷裂，而USP改性劑能夠重新促進斷裂分子鏈進行連接，進而改善了低溫延伸性能，同時降低了高溫性能。F9B57ECE-6143-440D-9FE3-977D76C47B17

（2）軟化點和當量軟化點的變化范圍相接近，二者差值最大為4.1%，最小為1.1%，研究顯示軟化點評價改性瀝青的高溫性能具有一定的差異性，但當量軟化點對高溫性能評價更為精確合理。由此說明，表面活性劑類材料USP對SBS改性瀝青高溫性能存在一定的劣化效果。

4 短期老化對USP/SBS改性瀝青性能的影響

（1）短期老化對USP/SBS改性瀝青的低溫性能影響見圖4～6。由圖4～6可知，短期老化后，SBS改性瀝青、USP/SBS改性瀝青的低溫性能均降低了，隨短期老化時間的延長，針入度、延度呈下降趨勢，當量脆點呈增加趨勢，且USP/SBS改性瀝青的針入度值、延度值均高于SBS改性瀝青，老化時間對SBS改性瀝青的低溫性能劣化程度高于USP/SBS改性瀝青，如兩種瀝青的針入度在老化8 h后的下降率分別為29.6%和24.6%（與未老化相比），延度下降了55.1%和49.9%。說明短期老化降低了瀝青的低溫性能，由于瀝青中輕質組分的揮發(fā)，瀝青質和膠質組分增加，瀝青低溫脆性增加，尤其對低溫延度指標的劣化更為顯著，其次USP/SBS改性瀝青受短期老化作用后的低溫性能優(yōu)于SBS改性瀝青。

（2）短期老化對USP/SBS改性瀝青的高溫性能影響見圖7～9。由圖7～9可知，短期老化對瀝青的高溫性能有明顯影響，隨老化時間增加，SBS改性瀝青、USP/SBS改性瀝青的軟化點、當量軟化點和布氏黏度均呈增加趨勢，當量軟化點、布氏黏度與老化時間均呈擬合良好的線性關系，相關系數(shù)達到92%以上，且SBS改性瀝青的高溫性能指標均高于USP/SBS改性瀝青，如短期老化時間1 h后，兩種瀝青的軟化點指標分別增加了2.7%和2.9%，8 h后分別增加了13.5%和10.7%（與未老化瀝青相比）。老化時間8 h后，當量軟化點指標分別增加了18.1%和15.2%，布氏黏度指標分別增加了55.3%和47.2%。因此，短期老化的時間變化對SBS改性瀝青的高溫性能影響更為顯著，而軟化點指標和當量軟化點指標的變化范圍相接近，布氏黏度的變化范圍最大，影響更為明顯（影響程度變化范圍達到42%）。

5 長期老化對USP/SBS改性瀝青性能的影響

（1）長期老化對USP/SBS改性瀝青的低溫性能影響見下頁圖10～12。分析發(fā)現(xiàn)：長期老化后瀝青的低溫性能劣化程度更為顯著，隨老化時間增加，針入度、延度呈急劇下降趨勢，當量脆點也呈下降趨勢。如SBS和USP/SBS改性瀝青的針入度在老化40 h后的下降率分別為68.0%和61.4%（與未老化相比），延度下降了76.7%和82.4%，當量脆點下降了14.7%和10.4%，說明長期老化后兩種改性瀝青的低溫性能顯著劣化，與短期老化相比，下降程度更為嚴重。另外，從延度指標來看，長期老化5 h后，兩種瀝青分別下降了59.7%和61.7%，10 h后分別下降了65.7%和71.7%，說明在老化5 h后，延度指標已不再顯著變化，且兩種瀝青的差距越來越小。USP/SBS溫拌改性瀝青的長期老化表明老化改變了瀝青分子結構，四組分發(fā)生顯著改變，瀝青進一步變硬變脆，低溫性能嚴重劣化下降，尤其對于低溫延伸性能，溫拌改性瀝青的優(yōu)勢也不再突出。

（2）長期老化對USP/SBS改性瀝青的高溫性能影響見圖13～15。分析發(fā)現(xiàn)：與瀝青低溫性能變化相反，長期老化后，兩種瀝青的高溫性能顯著改善，隨老化時間的延長，軟化點、當量軟化點和布氏黏度均呈增加趨勢，其中兩種瀝青當量軟化點、布氏黏度指標的差異隨老化時間增加呈逐漸增加狀態(tài)。SBS改性瀝青的各項高溫指標均優(yōu)于USP/SBS改性瀝青，如老化40 h后，軟化點指標分別增加了21.3%和20.7%（與未老化相比），當量軟化點指標增加了29.1%和29.8%，說明40 h后的長期老化對兩種瀝青的高溫性能改善效果相一致。3種高溫性能指標中，布氏黏度指標受老化影響最為顯著，老化40 h后分別增加了235.1%和224.1%。

6 結語

（1）溫拌劑USP顯著改善了SBS改性瀝青的低溫延伸性能，降低了高溫穩(wěn)定性能，隨溫拌劑USP摻量的增加，針入度、延度均呈增加趨勢，當量脆點、軟化點和當量軟化點呈下降趨勢，摻量越大對各項基本性能影響越顯著。

（2）短期老化降低了USP/SBS溫拌改性瀝青的低溫性能，提高了其高溫性能，隨老化時間增加，針入度、延度指標呈下降趨勢，軟化點、當量軟化點和布氏黏度均呈增加趨勢;此外，USP/SBS溫拌改性瀝青能夠抵抗短期老化對高溫和低溫性能的劣化，短期老化對SBS改性瀝青高溫性能的改善效果較為顯著。

（3）長期老化對USP/SBS溫拌改性瀝青的低溫性能、高溫性能影響更顯著。隨老化時間增加，針入度、延度呈急劇下降趨勢，軟化點、當量軟化點和布氏黏度均呈增加趨勢。此外，延度指標經過長期老化5 h后已不再顯著變化，且兩種瀝青的差距越來越小，而兩種瀝青的當量軟化點、布氏黏度指標間的差異隨老化時間增加逐漸呈增加趨勢。

參考文獻：

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