薄层高性能改性沥青抗老化性能

杨昌贵 李世伟 沈玉频 吴波涛

（1.杭州天禧公路养护科技有限公司，浙江 杭州 310000；2.贵州省公路开发有限责任公司黔南营运管理中心，贵州 黔南 558000；3.毕节市公路建设养护有限公司，贵州 毕节 551700）

一、引言

本文向金陵SBS改性沥青中掺入不同的高黏改性剂，分析添加剂、改性沥青的抗剪切性能后，基于老化试验与红外光谱试验，测量改性沥青老化前后的羰基指数，对其抗老化性能进行评价，进而对比研究高黏添加剂对沥青胶结料抗老化性能的影响。

二、试验材料

本文沥青材料选择金陵SBS改性沥青，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）检测金陵改性沥青指标，其主要指标如表1所示。同时，选取代号分别为KB300、KB450、KB402和KB404的高性能沥青添加剂，并缓缓掺入160℃的金陵SBS改性沥青中，掺量均为10%，通过高速剪切实现复合改性，有效提升沥青的高温性能和抗老化性能。

表1. 金陵SBS改性沥青主要技术指标

三、试验方案

（一）沥青胶结料老化试验

按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（T 0610-2011）标准，采用旋转薄膜烘箱试验方法对改性沥青进行短期老化处理，采用压力老化容器加速沥青老化试验方法对改性沥青进行长期老化。

（二）沥青胶结料流变学试验

采用动态剪切流变试验分析沥青的流变性能，主要采用的DSR试验模式为振荡试验。利用DSR进行振荡试验主要是为了获取沥青样品在不同温度下的模量（G*）与相位角（δ），并计算Superpave车辙因子G*/sinδ。试验规程参照AASHTO T315，使用的流变仪为AR1500ex。选用25mm、间隙为1mm的转子。对于原样沥青样品，振荡应变水平为12%；老化后样品的应变水平则为10%。试验温度为40℃、46℃、52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃及88℃。至少进行两次平行试验，取平均值作为记录结果。

四、试验结果与性能分析

（一）DSR复数模量试验结果分析

对金陵SBS与掺入4种添加剂的改性沥青进行不同温度下的动态剪切流变试验，复数模量试验结果如下图4所示：

由图1可以看出，相对于金陵SBS，其他添加改性剂的沥青复数模量均增大，这表明沥青材料抗剪切变形的能力增强，高温性能也得到了较为明显的改善。复数模量从小到大的排序：金陵SBS＜金陵SBS＋KB300＜金陵SBS＋KB404＜金陵SBS＋KB402＜金陵SBS+KB450。这表明添加剂KB450对沥青的改性效果最好，可以显著提高沥青的抗剪切变形能力。

图1. 4种不同改性沥青的复数模量

（二）DSR相位角试验结果分析

在不同温度下，对金陵SBS与掺入4种添加剂的改性沥青进行动态剪切流变试验，相位角试验结果如图2所示：

图2. 4种不同改性沥青的相位角

相对于金陵SBS，其他改性沥青的复数模量增大，同时相位角有不同程度降低，这表明改性剂提高了沥青材料抗剪切变形的能力，同时也明显改善了高温性能。相位角从小到大排序为：金陵SBS+KB404＜金陵SBS+KB402＜金陵SBS+KB450＜金陵SBS+KB300＜金陵SBS。沥青的复数模量顺序与相位角相反，从流变参数看，最好的为金陵SBS+KB404和金陵SBS+KB402。

（三）PG分级

对原样沥青和掺入4种不同高黏改性剂的高黏沥青进行老化后PG分级，由数据得知，PG分级的大小排序依次为：金陵SBS+KB300＞金陵SBS+KB402＞金陵SBS+KB404＝金陵SBS+15%KB450＝金陵SBS，其中金陵SBS+8%KB404、金陵SBS+15%KB450、金陵SBS三种沥青在RTFOT老化以后有降级明显，这是由于老化后，沥青中的SBS降解，导致改性沥青出现一定程度的软化。

（四）红外光谱试验结果分析

在沥青老化过程中，基质沥青通过吸氧发生一系列化学反应，沥青组分的变化成为其结构变化的一个重要体现。对不同老化状态的4种沥青进行红外光谱扫描，获得羰基指数，对应的老化前后羰基指数如图3所示。

图3. 沥青老化前后羰基指数结果

由上图可以看出，随着老化方法由RTFOT改为PAV，同一种沥青结合料的羰基指数增加，PAV老化后羰基指数增加更为明显。经过RTFOT和PAV老化后，羰基指数排序为金陵SBS+KB402＜金陵SBS+KB450＜金陵SBS+KB300＜金陵SBS+KB404＜金陵SBS，表示金陵SBS+KB402的抗老化性能最好。

五、结语

本文研究了4种改性沥青RTFOT和PAV老化后流变性能和化学成分变化，其主要结论如下：随着改性剂的加入，复数模量呈现增大趋势，相位角则不断递减，说明改性剂的加入使金陵SBS的抗剪切变形的能力有所提升，高温性能也得到了较为明显的改善；通过流变学试验对4种改性沥青进行研究，对比其复数模量和相位角，可以得到，添加KB404与KB402改性剂对沥青的改性效果较好，可以显著提高改性沥青的抗剪切变形能力，改善高温性能；通过PG分级可以得到，其中金陵SBS+KB404、金陵SBS+KB450、金陵SBS三种沥青在RTFOT老化以后降级明显，这是由于老化后，沥青中的SBS降解，导致改性沥青出现一定程度的软化。通过红外光谱试验可以得到，沥青改性老化后其羰基指数会有所增加，其中PAV老化增加更为明显，充分说明，金陵SBS+KB402的抗老化性能最好。