1、瀝青結合料老化是影響瀝青路面使用壽命的重要因素,目前關于道路瀝青的老化研究主要是熱老化,一般都是采用薄膜烘箱老化,模擬瀝青在拌和與鋪筑過程中高溫和氧對瀝青的老化作用,研究瀝青短期的熱氧老化過程中組分、性能等的變化。對于光、氧聯合作用對瀝青組分及性能影響的研究較少1,2。瀝青主要含有C H 、C C 、C =C 鍵3,紫外光是一種比可見光波長短的電磁波,對高分子價鍵具有強烈的破壞作用。在200400nm 紫外光所具有的能量一般高于引起高分子鏈上各種化學鍵斷裂所需要的能量。因此,瀝青路面在實際使用過程中紫外線對瀝青性能的影響是不可忽視的,尤其是在強紫外光的地方。瀝青材料很容易受到紫外光的光老化作用

2、,引起成分和化學結構變化,降低路表的性能,引發病害4。1試驗簡介1.1原材料試驗選用SBS 改性瀝青,其技術指標見表1。表1SBS 改性瀝青性能指標檢測結果1.2瀝青短期老化試驗按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTJ05220005中瀝青旋轉薄膜加熱試驗(T06101993的要求對所選改性瀝青進行RTFOT 老化,試驗溫度163,老化試驗時間分別為160min (2周期,310min (4周期。1.3瀝青光老化試驗本文采用江蘇艾默生科技有限發展公司生產的氙燈耐氣候老化試驗箱,來模擬太陽光的紫外線作為人工模擬老化的試驗儀器,由于用氙燈模擬自然光來進行老化瀝青混合料的試驗受到各種條件作者簡介:

3、何燕(1982-,男,重慶人,碩士研究生,主要從事道路工程施工工作。SBS 改性瀝青光老化性能試驗研究何燕1,周維2(1.重慶市渝通公路工程總公司,重慶400074;2.重慶交通大學土木建筑學院,重慶400074摘要:瀝青在高溫、光氧作用下會發生一系列物理及化學變化,通過常規試驗、動態剪切試驗、BBR 試驗并結合FTIR 試驗來研究老化后的性能,結果表明,SBS 改性瀝青老化后出現了羧基和亞砜基;其軟化點增加,針入度減小,低溫延度降低,縮短了路面使用壽命。關鍵詞:SBS 改性瀝青;常規試驗;紅外光譜;光老化;老化機理中圖分類號:U414文獻標識碼:A文章編號:1672-9889(201005-

4、0001-03SBS Modified Asphalt Performance Test of Sunlight -agingHe Yan 1,Zhou Wei 2(1.Chongqing Yutong Highway Engineering Corporation ,Chongqing 400074,China ;2.Civil and Architecture College ,Chongqing Jiaotong University ,Chongqing 400074,China Abstract :The asphalt took place the volatility ,oxid

5、ation ,decomposition ,aggregation and other physical chemical changes in high temperature and the oxygen effecttion.Using convention instrumentation ,dynamic shear rheometer ,bending beam rheometer ,FTIR and other detection methods ,this papers study the aging performance.After the aging ,SBS modifi

6、ed asphalt appeare carbonyl and sub -sulfone functional groups.Softening point is increased and penetration and low -temperature ductility is decreased ,which Shorten the service life of pavement.Key words :SBS modified asphalt ;conventional tests ;infrared spectrum ;sunlight -aging ;aging mechanism

7、試驗項目技術指標測試結果針入度25/0.1mm 406059延度5,(5cm/min 不小于2035.1軟化點不小于/6078.9±1.00.0046567.61520.7RTFOT質量損失不大于/%后殘留物25針入度比不小于/%5延度不小于/cm第7卷第5期2010年10月Vol.7No.5Oct.2010現代交通技術Modern Transportation Technology現代交通技術2010年的限制,如實驗設備昂貴、試驗周期較長、過程較繁雜等,所以沒有一個具體可行的方法可以借鑒和參考。該光老化試驗流程為:瀝青原樣短期老化RTFOT殘留物光老化,由于之前并不知道光照的時間、

8、強度和方式等,所以這些因素必須考慮進去。查閱相關地區的太陽光的平均照射強度的相關資料,由于氙燈耐氣候老化試驗箱條件的限制,本文擬采用連續光照法,600W/m2,溫度60。通過瀝青裹覆粗集料在老化箱里進行不同時間的照射后,取出用水煮法觀察其瀝青剝落情況,確定SBS的光照時間為216h。2試驗結果分析2.1老化對針入度的影響本試驗對瀝青原樣、短期老化、光老化試樣進行了測試,結果見表2。表2老化前后針入度及相關指標經過老化后針入度逐漸減小,瀝青老化后,飽和烴、芳烴和膠質減少,而瀝青質相對增多。瀝青的針入度指數PI逐漸增大說明瀝青逐步向凝膠型轉化,反映在理化性質上則是其軟化點升高,針入度降低,低溫抗裂

9、性變差。2.2老化對延度的影響SBS改性瀝青老化前后的延度變化見表3。表3老化前后延度及相關指標cm由表3可知SBS改性瀝青經過2周期RTFOT, 4周期RTFOT、60光老化、70光老化后低溫延度都有所降低,只是各自下降的幅度不同,70光老化下降得最多,60光老化次之,而2周期RTFOT 下降得最少,延度進一步說明老化方式的老化效果是:70光老化>60光老化>4周期RTFOT>2周期RTFOT。2.3老化對軟化點的影響SBS改性瀝青老化前后的軟化點見表4。表4瀝青的軟化點由表4可知短期老化、光老化使SBS改性瀝青的軟化點升高,瀝青的軟化點主要受瀝青質含量的影響,其次是膠質、

10、芳香分和飽和分。研究表明,瀝青質、膠質含量增加,瀝青軟化點增大;飽和分、芳香分增加,軟化點降低,在老化過程中,瀝青分子的氧化、縮合使瀝青中的瀝青質含量增加,芳香分和飽和分含量減少,因此,其軟化點在老化后均升高。2.4老化對DSR試驗指標的影響采用BOHLIN公司生產的動態剪切流變儀進行老化瀝青動態剪切流變試驗,頻率掃描時采用的溫度分別為58、64、70、76、82,主要以抗車轍因子和相位角作為評價指標,結果見表5、表6、表7。表5相位角-溫度變化表表6復合模量-溫度變化表試驗項目試驗溫度/A K PIT800/T1.2/152530原樣26591020.03930.82130.118053.0

11、-18.9 2周期RTFOT2252860.03920.75030.135154.9-17.1 4周期RTFOT2149820.03910.73600.152355.4-16.8 60光老化1944730.03860.69420.238957.2-15.9 70光老化1841690.03850.67170.256458.0-15.4試驗項目溫度251015原樣10.935.1>100>100 2周期RTFOT7.620.389.3>100 4周期RTFOT 5.417.273.7>100 60光老化 2.210.844.395.7 70光老化 1.78.637.289.

12、2瀝青類型原樣2周期RTFOT4周期RTFOT60光老化70光老化SBS78.982.483.083.683.9瀝青類型掃描溫度相位角原樣2周期RTFOT4周期RTFOT60光老化70光老化SBS5872.5471.2470.3268.2167.926472.9471.8870.6568.8468.277073.2072.3671.2469.1968.587673.2872.9271.7069.5368.918273.6273.1872.4669.9269.26瀝青類型掃描溫度/復合模量G*/Pa原樣2周期RTFOT4周期RTFOT60光老化70光老化SBS584798.175221.1955

13、74.005852.376262.58642482.322713.303162.303371.283601.73701659.151824.902108.002218.672532.31761087.791191.361328.901507.941574.3582328.518436.76587.29747.80816.302··第5期表7抗車轍因子-溫度變化表(1在試驗溫度范圍內瀝青殘留物的復合剪切模量G*逐漸增大,相位角逐漸減小,表明老化使瀝青逐漸呈現出較強的彈性性質,這對于改善瀝青路面的抗永久變形能力是有利的。(2從DSR試驗看出,無論是原樣瀝青還是老化后試樣其復合模

14、量、抗車轍因子和相位角可以反映同瀝青老化前后對溫度變化的響應效果。2.5瀝青老化的紅外光譜分析將樣品分別溶于二甲苯中,然后涂膜于KBr鹽片上,待溶劑揮發后,用Nicoet100傅立葉變換紅外光譜進行測試,紅外光譜圖見圖1。圖1SBS老化前后紅外光譜圖對SBS原樣各吸收峰的解析如下:(1在32003600cm-1有寬吸收帶,可能是由于NH或OH鍵的存在而引起的;(22850 2970cm-1伸縮振動吸收峰為脂肪族甲基和亞甲基(CH2+CH3;(31600cm-1的吸收峰為芳香族化合物共扼雙鍵C=C(苯環骨架和羰基C=O的伸縮振動共同引起的,1700cm-1為羰基的吸收峰;(41400cm-1及1

15、315cm-1的2個吸收峰是CCH3的不對稱鍵與CH2的對稱鍵的伸縮振動引起的;(5710cm-1的吸收峰是烷基彎曲振動的結果;(6968cm-1表示丁二烯嵌段的C=C彎曲振動吸收峰,顯示了丁二烯基團的存在,698cm-1表示聚苯乙烯嵌段中苯環的CH彎曲振動峰,是由聚苯乙烯的存在引起的。SBS圖譜中可以根據這2個吸收峰來鑒定SBS的存在以及根據這2個峰的強度來確定SBS 含量。這2個吸收峰表明在SBS改性瀝青中含有苯乙烯-丁二稀-苯乙烯(SBS改性劑6。根據SBS紅外光譜圖的解析,可以推測SBS瀝青主要由聚苯乙烯、丁二烯、環烷烴、烷烴、芳香烴以及雜原子衍生物等構成。由圖1紅外光譜圖對比可以發現

16、,在整個特征頻率光譜圖的變化是在波數為1030和1700cm-1附近的地方,此處吸收峰屬于亞砜基和羰基,在波數1030和1700cm-1處的亞砜基和羰基吸收峰隨著老化程度的加深顯著增加,使瀝青中羰基和亞砜基峰面積顯著增加;與羰基和亞砜基峰面積增加的趨勢相反,在波數698cm-1和968cm-1處聚苯乙烯和丁二烯官能團的吸收峰隨著老化程度的加深逐漸減弱,傅立葉紅外光譜分析研究表明,光老化過程中,瀝青的羰基和亞颯基含量顯著增加,產生了更多的極性官能團,含氧量的增加會導致形成了更多的瀝青質,瀝青質的增加使瀝青粘度增大,其它路用性能隨之發生相應的改變,在SBS改性瀝青中,一方面瀝青質含量增加,使改性瀝

17、青粘度增大;另一方面SBS發生了裂解,生成了一些小分子量的物質,使改性瀝青粘度減小,SBS改性瀝青的路用性能由這2個同時發生的老化過程所決定。3結語研究發現:熱氧、光老化使瀝青的粘度增加、溫度敏感性降低、高溫性能增強,在老化以后出現了羰基和亞砜基等官能團,形成較多的分子量相對較大的瀝青質;同時老化增大了瀝青復合剪切模量G*和減小了相位角,使瀝青彈性增強;同時瀝青變得干澀、脆硬,其低溫勁度增加、破壞應變減小,極易形成溫縮裂縫,導致路面開裂從而影響瀝青路面的路用性能和使用壽命。由此可見,光作用是使瀝青路面損壞的主要自然因素之一。參考文獻1田小革,鄭健龍,張起森.老化對瀝青結合料粘彈性的影響J.交通運輸工程學報,2004,4(1;3-6.2原健安,張登良,溫度對勝利瀝青熱老化的影響J.西安公路學院學報,1995,15(1:35-39.3張爭奇,李平,王秉綱.SBS改性瀝青性能及老化的影響J.公路,2005,9(9:150-154.4張登良.瀝青與瀝青混合料M.人民交通出版社,2000:69-75.5JTJ0522000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程S.6魏榮梅,余劍英,吳少鵬,等.紫外光老化對瀝青化學族組成和物理性能的影響J.石油瀝青,2006,20(1:6-10.(收稿日