不同温度下SBS 改性沥青老化性能比对试验

陈捷

(保利长大工程有限公司)

0 引言

为响应国务院2019 年9 月印发实施《交通强国建设纲要》的要求，同时基于现代道路交通流量的迅速增长、重车的轴载明显增加的因素影响，要求沥青路面的高温抗车辙能力、低温抗裂能力、抗水损害能力要满足设计图纸和行业技术规范要求[1-2]，为此对沥青的性能提出更高的要求。改性沥青作为现代交通尤其是高等级交通路用材料，通过对基质沥青的调控、改性剂掺量和改性剂与基质沥青的相容性等途径能够改善改性沥青的高温变形能力，增强沥青路面的抗车辙性能，提高沥青的弹性恢复，增强沥青的抗低温和抗疲劳开裂性能。丁二烯-苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)被公认为是最为理想的改性剂，它与沥青具有良好的相容性并形成非常微细的分散体系，具有较好的储存稳定性，兼有较好的高温性能和低温延展性能，能同时改善沥青的高温、低温性能和抗老化性能[3]。还有研究者发现，SBS 改性剂的加入能够有效改善基质沥青的使用性能；SBS 改性沥青具有与基质沥青类似的老化规律，表现为高温性能的改善和低温性能的劣化，表明其性能老化仍然受其中的基质沥青影响；但是相同老化因素作用下，其老化程度明显较基质沥青低，表明其中的SBS 改性剂发挥了抗老化作用；然而随着老化的不断进行，SBS 改性剂也会出现劣化，导致SBS 改性沥青性能劣化，失去原有的改性性能[4]。此外，学者研究还发现：SBS 掺量为5%时，针入度和软化点呈现两阶段老化特征，即随着老化时间的延长，针入度降幅先大后小，软化点先降后升，同时微观分布状态也呈现两阶段特征[5]。不少学者更是对比了旋转薄膜加热和薄膜加热两种试验方法对不同改性剂掺量性能影响和试验温度对SBS 改性沥青性能影响，并分析了沥青短期和长期以及不同老化环境老化性能变化[6-8]。

SBS 改性沥青老化性能越来越引起国内外学者的广泛关注，但在温度高于163℃条件下进行老化性能比对试验较少，为更好服务于实际工程项目应用，本文选取两种不同品牌SBS 沥青在不同温度下老化性能指标试验分析，为实际工程应用提出试验引导方向，为项目工程质量和耐久性提供借鉴。

1 试验

1.1 原材料

A 品牌SBS 改性沥青和B 品牌改性沥青：基质沥青、出厂沥青针入度、延度指数PI、延度（5℃，5cm/min）、软化点、运动粘度、闪点、溶解度、弹性恢复、老化后质量变化、残留针入度比和残留延度各项指标满足设计和施工规范要求。

1.2 试验仪器

电热鼓风干燥箱，沥青旋转薄膜烘箱，分析天平，感量不大于0.001g，电脑式沥青针入度测定仪，沥青针入度循环恒温水浴：恒温调速沥青延伸度测定仪；多功能电脑全自动软化点仪；超级低温槽；温度计，量程0～50℃，精度0.1℃。

1.3 准备工作

⑴检查各个检测仪器是否正常；

⑵两种SBS 改性沥青在160℃下加热不低于3 小时，以排除沥青中残留水分；

⑶打开延度仪、超低温槽、沥青针入度循环恒温水浴；

⑷旋转薄膜烘箱在163℃±0.5℃下预热不少于16小时；

⑸备好沥青三大指标对应模具并涂上隔离剂。

1.4 试验依据

参照JTG E20－2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。

2 结果与讨论

2.1 不同品牌SBS 改性沥青老化试验

表1 为A 品牌SBS 改性沥青老化前性能检测。由表可知，A 品牌SBS 改性沥青在老化前针入度、5℃延度、弹性恢复和软化点检测指标均符合设计和技术规范要求，满足类型为I-D 型相关要求。

表1 A 品牌SBS 改性沥青老化前性能指标

表2 为B 品牌SBS 改性沥青老化前性能检测。由表可知，B 品牌SBS 改性沥青在老化前针入度、5℃延度、弹性恢复和软化点检测指标均符合设计和技术规范要求，满足类型为I-D 型相关要求。

表2 B 品牌SBS 改性沥青老化前性能指标

综上所述，两种品牌SBS 改性沥青老化前针入度、5℃延度和和弹性恢复数据比较接近，表明基质沥青相同情况下，不同品牌SBS 改性沥青在老化前检测指标相近。

2.2 不同温度下SBS 改性沥青老化试验

图1 是A 品牌SBS 改性沥青在163℃、173℃和183℃旋转薄膜残留物针入度、延度和软化点检测结果。针入度是表现沥青粘滞性和稠度的指标，在国标中老化残留沥青25℃的针入度与老化前原样沥青针入度比是表征沥青抗短期老化的主要指标之一。对于同一种沥青，针入度比越高，表明沥青的耐老化性能越好。由图1和表1 可知，对于A 品牌SBS 改性沥青，随着温度由163℃逐渐升至183℃，针入度比先由83%降至74%，再降至70%，针入度比均在设计和规范范围之内；软化点增值分别为6.0℃、10.1℃和12.2℃，分别升高了7.0%、11.8%和14.3%；残留物延度随着温度升高，分别为22cm、16.5cm 和13.1cm，分别降低了29.0%、46.8%和57.7%。

图1 A 品牌改性沥青不同温度下沥青老化指标

图2 是B 品牌SBS 改性沥青在163℃、173℃和183℃旋转薄膜残留物针入度、延度和软化点检测结果。由图2 和表2 可知，对于B 品牌SBS 改性沥青，随着温度由163℃逐渐升至183℃，针入度比先由76.5%降至62.7%，再降至50%；软化点增值分别为2.5℃、5.5℃和11.9℃，分别升高了2.9%、6.4%和13.8%；残留物延度随着温度升高（163℃、173℃和183℃），分别为21cm、15.5cm 和11.7cm，相比老化前分别降低了42.5%、57.5%和67.9%。

图2 B 品牌改性不同温度下沥青老化指标

综上所述，从针入度指标看，温度升高，针入度比逐渐降低，温度为183℃时，沥青针入度比下降最快。残留物软化点随着温度增加逐渐降升高，A 品牌和B 品牌改性沥青在183℃分别增加了14.3%和13.8%。残留物延度随着温度升高逐渐降低，A 品牌和B 品牌改性沥青在183℃分别降低了57.7%和67.9%，183℃温度下严重影响沥青低温延展性，说明高温下，沥青抗老化性能下降明显。主要是基于聚合物中基质沥青在高温下自身发生氧化还原反应形成不稳定结构；另外，由于SBS 改性沥青改性剂化学结构中含有高分子长链，化学链在光、热、养等作用下发生断裂和氧化，在高温下长链SBS 分子断裂，变成小分子短链，导致SBS 改性沥青的空间网状结构发生分解而产生破坏，进而影响高温环境下沥青残留延度和软化点以及针入度指标[9]。

图3 为不同品牌SBS 改性沥青在不同老化温度下质量变化。由图可知，SBS 改性沥青在不同温度下进行旋转薄膜试验短期老化试验，质量随温度升高呈现负增长趋势。A 品牌改性沥青随着温度由163℃逐渐升至183℃，质量负增长变化由-0.032%升至-0.084%；B 品牌改性沥青随温度升高，质量负增长变化由-0.065%升至-0.085%。

图3 不同老化温度下SBS 改性沥青质量变化

SBS 改性沥青在163℃、173℃和183℃温度下进行短期旋转薄膜老化后，沥青质量呈现负增长变化主要是随着温度升高，沥青聚合物高分子链出现不同程度解链，温度越高，化学建越不稳定，质量损失越大[10]。沥青作为高分子材料，在高等级道路施工中应用已是大势所趋，作为沥青混合料中的胶结料，沥青品质高低对沥青路用性能特别耐水性、耐高温稳定性影响明显，但对于沥青混合料耐久性能影响本文不作进一步深化。

3 结论

本文通过室内对两种品牌改性沥青进行短期不同温度（163℃、173℃和183℃）老化比对试验，主要得出如下结论：

⑴A 牌和B 牌两种改性沥青在163℃条件下进行旋转薄膜烘箱试验，残留物针入度比、残留延度和残留物软化点增值均满足沥青路面施工要求。

⑵A 牌和B 牌两种改性沥青在不同温度下老化指标变化趋势一致，针入度随温度升高逐渐降低，软化点增值逐渐升高，残留延度逐渐下降，质量损失呈现负增长变化趋势。

⑶SBS 改性沥青抗短期老化性能影响受温度影响变化明显,特别是温度在183°变化明显。