不同老化条件对橡胶沥青性能的影响对比研究

李怀玉 张洪刚 袁海涛

摘要：文章分析了短期老化、长期老化对不同加工工艺下的橡胶沥青性能的影响，并与SBS改性沥青进行了试验对比，研究了不同老化条件下两种改性沥青的性能变化特点，评价了其抗老化能力。试验结果表明：两种改性沥青的性能随着温度、时间、压力等老化条件的加剧而降低;针入度、延度是老化对沥青性能影响的敏感指标，老化后沥青表现为针入度、延度减小，柔韧性降低;在相同条件下，橡胶沥青老化敏感性弱于SBS改性沥青、抗老化性能优于SBS改性沥青。

关键词：橡胶沥青;老化温度;短期老化;长期老化;性能影响

中图分类号：U416.18 A 03 008

0 引言

橡胶沥青是将15%～5%的橡胶粉与沥青在高温下进行混合，在一定工艺下经“吸收-溶胀-发育”等一系列物理化学反应而形成一种改性沥青胶结料。由于废旧轮胎橡胶粉中含有天然橡胶、合成橡胶、硫磺、碳黑、抗老化剂等成分，相较于SBS改性沥青，橡胶沥青提高了沥青的粘弹性，改善了沥青的抗变形和抗老化性能。目前关于沥青及SBS改性沥青的老化问题已有较多研究，道路材料科技工作者研究了老化温度、老化时间、沥青类型等因素对沥青及改性沥青的技术性能影响，但在老化对橡胶沥青性能影响方面缺乏足够的研究。

本文对不同加工工艺下的橡胶沥青的短期老化、长期老化进行试验，并与SBS改性沥青进行了试验对比，比较分析了不同老化条件下两种改性沥青的性能变化影响，评价其抗老化能力。

1 橡胶沥青制备

本项目试验采用的基质沥青为某进口品牌70#A级道路石油沥青，其性能指标要求如表1所示。

橡胶沥青加工所用橡胶粉应为（30～80）目橡胶粉，胎源为0.9 m以上的大货车轮胎，经常温研磨工艺加工而成。其理化指标要求如表所示。

本文分别采用纯搅拌工艺、搅拌+剪切工艺共种工艺加工橡胶沥青。纯搅拌工艺制备橡胶沥青：膠粉掺量为0%，加工温度为185 ℃，混合搅拌时间为60 min;搅拌+剪切工艺制备橡胶沥青：胶粉掺量为0%，加工温度为185 ℃，混合搅拌时间40 min+剪切时间0 min，搅拌速率为3 000～4 000 r/min。

短期老化影响

本文采用旋转薄膜烘箱模拟在沥青加温、沥青混合料拌和、运输、摊铺等施工环节中的短期老化过程。改性沥青将制备所得橡胶沥青、SBS改性沥青分别置于163 ℃、173 ℃、183 ℃等不同温度下的旋转薄膜烘箱中，分别加热老化5 h，测试分析其性能指标随老化温度的衰变情况。试验结果如表3所示。

注：5 ℃延度试验时，橡胶沥青采用5 cm/min，SBS改性沥青采用1 cm/min

（1）对于同一种沥青，随着短期老化温度的升高，两种改性沥青的性能均有不同程度的下降，表现为针入度减小、延度降低、弹性恢复率略微降低等。其中SBS改性沥青老化后延度衰减幅度较大。分析认为，经老化后，SBS改性沥青的柔韧性衰减远大于橡胶沥青。

（2）加工工艺影响橡胶沥青的性能。在搅拌+剪切工艺下，橡胶沥青中橡胶粉颗粒分散更加均匀，发育更为完全，橡胶沥青的性能指标数据更加稳定，如橡胶沥青的黏度较为稳定。因此，从控制橡胶沥青黏度及其稳定性上考虑，推荐橡胶沥青生产制备采用“搅拌+剪切”工艺。

（3）老化对改性沥青的软化点影响。以本文样品试验可知，经过短期老化和随着短期老化温度的升高，橡胶沥青的软化点升高，延度降低，弹性恢复相对稳定，说明橡胶沥青经老化后变硬变脆，但仍具有良好的弹性恢复，可抵抗一定程度的短期老化。然而老化SBS改性沥青的软化点下降，同时延度降低，这可能与该SBS改性沥青的基质沥青及稳定剂等改性材料品质、配方的稳定性相关，在老化作用下，导致其抗变形能力衰减。

]3 AV长期老化影响

本文采用压力老化容器AV模拟沥青在自然环境下运营服役期的长期老化过程。标准试验过程为：对已经过163 ℃、5 h短期老化的沥青试样继续进行0 h、100 ℃、.1 [HTSS]Ma[HTXH]的压力老化。为分析不同压力温度下，改性沥青的抗老化性能，本文分别采用了90 ℃、100 ℃和110 ℃的压力老化温度。试验结果如表4所示。

注：5 ℃延度试验时，橡胶沥青采用5 cm/min，SBS改性沥青采用1 cm/min

（1）经长期老化后，橡胶沥青、SBS改性沥青的各项指标均有不同程度的衰变，尤其是针入度减小，5 ℃延度减小，弹性恢复下降，说明经长期老化后两种改性沥青均变硬变脆，沥青的柔韧性降低。

（2）延度是沥青抗老化的重要指标。经长期老化后，SBS改性沥青的延度衰减幅度明显高于橡胶沥青。SBS改性沥青的5 ℃延度由36. cm下降到.0 cm，橡胶沥青的5 ℃延度由6.5 cm下降到.9 cm，说明在长期老化条件下，橡胶沥青的抗老化能力高于SBS改性沥青。

（3）除延度以外，橡胶沥青的弹性恢复、针入度等指标的衰变幅度低于SBS改性沥青的衰变幅度，橡胶沥青的长期抗老化能力优于SBS改性沥青。同时，与短期老化类似，经长期老化后，SBS改性沥青的软化点明显下降，这可能与该SBS改性沥青的基质沥青及稳定剂等改性材料品质、配方的稳定性相关，这可能也是SBS改性沥青抗老化能力不及橡胶沥青的重要原因。

]4 结语

（1）无论是短期老化还是长期老化，橡胶沥青、SBS改性沥青的性能均有不同程度的衰减，并随着温度、时间、压力等老化条件的加剧而加剧，长期老化影响远大于短期老化影响。

（2）针入度、延度是老化对沥青性能影响的敏感指标。随着老化进程及老化条件的加剧，沥青的针入度、延度衰减最为明显，沥青表现为变硬变脆，柔韧性降低。

（3）由于橡胶沥青中加入了大剂量的富有橡胶成分的橡胶粉及其抗老化剂，同时SBS改性沥青受基质沥青及稳定剂等改性材料品质、配方稳定性的影响，在相同条件下，橡胶沥青老化敏感性弱于SBS改性沥青，抗老化性能优于SBS改性沥青。

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作者简介：[HT9.XH][ZK（]李怀玉（1984—），工程师，主要从事高速公路建设工作;

张洪刚（1983—），高级工程师，研究方向：公路结构与材料性能、工程应用技术;

袁海涛（1990—），工程师，研究方向：沥青及其混合料性能、工程应用技术。

基金项目：[HT9.XH]广西科技重大专项“新一代高性能橡胶沥青技术研发及产业化”（桂科AA18403）