沥青技术指标对不同老化方式的敏感性影响分析

厚龙宝

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

引言

紫外线是太阳光中波长小于287 nm 的短波光，能够对沥青造成一定的损害。中国广袤的西北地区，紫外线辐照强度非常高，由紫外线照射导致的沥青路面服务寿命的缩短已经是摆在西北道路工程技术人员面前的一道难题[1-4]。有研究认为，紫外线对沥青的老化作用主要集中在聚集态上，表现为胶质向沥青质转变、沥青质的聚沉和胶体结构的改变，特别是当沥青中的饱和分含量较高时，这边变化愈加明显[5]。

纵观国内外，针对不同老化方式的研究较多，但有关沥青技术指标对不同老化方式敏感性方面的研究较少，基于此，本研究选择不同类型的沥青，针对紫外线老化、PAV 老化和RTFOT 试验，开展不同沥青的技术指标对不同老化方式的敏感性分析，旨在为进一步有针对性的制定合理的沥青抗老化方案提供参考。

1 试验设计

1.1 原材料

选择KLMY70#基质沥青、中海90#和SBSI-C 改性沥青作为原材料，其技术指标见表1。

表1 沥青技术指标

从表1 可知，本研究所采用的沥青技术指标均满足相关规范的要求。

1.2 试验方案

根据KLMY70#基质沥青、中海90#和SBSI-C 改性沥青的PAV 长期老化试验(试验条件: 温度为100℃±0.1 ℃，压强为2.1 MPa±0.1 MPa，老化时间为20 h)、紫外光加速老化试验(沥青试样的厚度为1 mm，温度为60 ℃±1 ℃，照射时间分别为32 h、64 h、96 h、128 h、160 h、192 h，紫外线辐照度为152 W/m2)，对老化完后的沥青进行宏观技术指标的检测分析，包括针入度、软化点和延度等。紫外线与实际外界紫外线的对应关系见表2。

表2 紫外线试验条件与室外紫外线对应关系

2 结果分析

2.1 针入度指标对紫外线老化敏感性分析

针入度指标是我国用来进行沥青分级的核心指标，也是沥青黏滞性的重要指标。不同老化方式下，沥青针入度的表现也各不相同，图1 为不同老化方式沥青针入度的试验结果。

图1 不同老化方式沥青针入度的试验结果

由图1 可以看出，KLMY70# 基质沥青在不同老化方式下的针入度大小排序为P原沥青＞PRTFOT≈PUV32＞PUV64＞PUV96≈PPAV＞PUV128＞PUV160，不难看出，70#基质沥青对紫外线的老化更加敏感，从紫外线辐照量来看，UV96 相当于室外6 个月的紫外线辐照量，但沥青的针入度却已经相当于沥青已使用5 年时的针入度，与PAV 老化结果相仿。相比之下，沥青短期热氧老化后的针入度相当于UV32，在众多的老化条件下，表现最好。中海90#基质沥青在不同老化方式下的针入度大小排序为P原沥青＞PRTFOT＞PUV32＞PUV64≈PPAV＞PUV96＞PUV128＞PUV160。该规律与KLMY70#基质沥青基本相仿，但值得注意的是，UV64 就已经与中海90#基质沥青PAV 的试验结果相当，所以中海90# 基质沥青相较于KLMY70# 基质沥青对紫外线老化的敏感程度更高。出现这种现象的原因，与90#基质沥青拥有更多饱和分，其对紫外线照射的反应更加强烈有关。SBSI-C 改性沥青在不同老化方式下的针入度大小排序为P原沥青＞PRTFOT≈PUV32＞PUV64＞PUV96≈PPAV＞PUV128＞PUV160。这一规律与KLMY70#基质沥青相似，均在UV96 h 时达到了PAV 的老化程度，但值得注意的是，UV32 时的老化程度与RTFOT 的相仿，这提示SBS 的掺入对沥青短期的抗紫外线老化性能有着较大的提升作用。

上面提到的UV96 是沥青抗紫外线老化性能的一个关键点，图2 是不同紫外线老化时间沥青针入度衰减率。

图2 不同紫外线老化时间沥青针入度衰减率

图2 显示，不同的沥青对加速紫外线老化试验的老化时间具有不同的敏感性，表现为KLMY70#沥青针入度的衰减率变化早期相对较大，后期趋于稳定，表明其在紫外线照射过程中早期相对敏感，后期趋于稳定；中海90#基质沥青在紫外线照射早期的针入度损失率迅速提高，但后期降低增速则非常缓慢，这表明中海90#基质沥青对早期紫外线最为敏感，后期则表现为敏感性较弱。与前两种基质沥青相比，SBSI-C改性沥青表现为同等紫外线老化时间下针入度损失率最小，针入度损失率与紫外线老化时间的关系曲线最为平缓，因此可以认为SBSI-C 改性沥青拥有相对最好的抗紫外线老化性能，对紫外线老化最不敏感。

2.2 软化点指标对紫外线老化敏感性分析

对不同老化方式下，KLMY70# 基质沥青、中海90#以及SBSI-C 改性沥青的软化点进行测试，结果汇总见图3。软化点指标是一项用于评价沥青高温状态下黏滞性的指标，对沥青混合料的高温稳定性具有重要的意义，对沥青路面的抗车辙能力有重要的影响。

图3 不同老化方式沥青软化点的试验结果

由图3 可知，对于基质沥青，无论是哪种老化方式，沥青的软化点均比原样沥青有所增大，这是因为在老化过程中，沥青的轻质油分或多或少地会发生挥发，导致沥青胶体结构发生转变，充当分散介质的油分占比变少，进而导致沥青的黏滞性变大。从结果看，对于KLMY70# 基质沥青而言，TR＆B原沥青＜TR＆BRTFOT≈TR＆BUV32＜TR＆BUV64≈TR＆BPAV＜TR＆BUV96＜TR＆BUV128＜TR＆BUV160；对于中海90#基质沥青而言，其规律基本上与KLMY70#基质沥青相似，TR＆B原沥青＜TR＆BRTFOT≈TR＆BUV32＜TR＆BUV64≈TR＆BPAV＜TR＆BUV96＜TR＆BUV128＜TR＆BUV160；但对于SBSI-C 改性沥青，试验结果则发生了较大的变化，表现为TR＆B原沥青＜TR＆BRTFOT＞TR＆BUV32≈TR＆BPAV＞TR＆BUV64＞TR＆BUV96＞TR＆BUV128＞TR＆BUV160，即短期热氧老化RTFOT 获得的SBSI-C 改性沥青的软化点最大。出现上述现象的根本原因在于在PAV 老化以及紫外线老化过程中，SBS 分子链发生了断裂，进而导致其黏滞性减弱，从而表现为软化点指标的降低。

2.3 延度指标对紫外线老化敏感性分析

延度指标是表征沥青低温性能的一项重要指标，也是沥青延性的一项指标，对沥青路面的低温抗裂性能有着重要的表征意义。对于基质沥青，一般测取其10 ℃或15 ℃的延度，对于改性沥青，则一般测取其5℃的延度作为沥青低温性能的一项评价指标。对不同老化方式下，KLMY70#基质沥青、中海90#和SBSI-C改性沥青的延度进行测试，结果见图4。

图4 不同老化方式沥青延度的试验结果

图4 和图5 显示，与针入度和软化点指标相比，沥青延度对老化的敏感性更加强烈。对于KLMY70#基质沥青和中海90#基质沥青而言，无论是RTFOT还是PAV 老化，沥青的延度降低得非常迅速，延度损失率高达70%以上。紫外线老化也是如此，加速紫外线老化32 h 即可达到RTFOT 的延度损失水平，随着紫外线老化时间的持续延长，延度损失率将继续提高，当加速紫外线老化时间达到128 h 后，延度指标的损失率已经超过了90%。

图5 不同老化方式沥青延度衰减率

与基质沥青不同的是，SBSI-C 改性沥青并没有表现出延度指标对各类老化方式的极度敏感性，而是表现出了一定的规律性，即D原沥青＞DUV32＞DRTFOT≈DUV64＞DUV96＞DUV128＞PUV160＞DPAV。这表明，SBS 改性沥青的延度指标对紫外线老化的敏感性相对较低，UV64 的延度与RTFOT 后的延度相仿，而UV160 的延度数值仍然大于PAV 长期老化试验延度的数值。上述现象说明，SBS 的掺入有效降低了沥青在老化过程中的低温性能损失量，且在一定程度上有抵抗紫外线对沥青低温性能损伤的能力。

3 结论

本研究主要结论：沥青UV96 与PAV 老化结果相仿，RTFOT 的针入度相当于UV32，与KLMY70#基质沥青相比，中海90#基质沥青的针入度指标对紫外线的老化更加敏感，而SBS 改性沥青拥有相对较好的抗紫外线老化性能，其针入度指标对紫外线老化最不敏感。对于基质沥青，无论是哪种老化方式，沥青的软化点均比原样沥青有所增大，但增幅均不是很大。而对于SBS 改性沥青，由于受到SBS 分子链断裂的影响，软化点指标对老化的敏感性不强。基质沥青的延度指标对老化的敏感性更加强烈，而SBS 的掺入有效降低了沥青在老化过程中的低温性能损失量，且在一定程度上有抵抗紫外线对沥青低温性能损伤的能力。