不同老化方式对高黏沥青性能的影响研究

孙 科

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

引言

透水沥青路面由于具有较大的空隙，能够及时排除雨水，减少了行车滑移的风险，同时其表面丰富的纹理结构还可以提高路面的摩擦力，近年来愈发受到各界关注。由于透水沥青路面为大孔隙结构，空隙率一般可达20%，集料与集料间多为点接触，因此对沥青的粘结力要求较高，多采用高黏沥青[1]。然而，其较大的空隙，也使得裹复在集料表面的高黏沥青与空气、阳光等接触面积要远大于其他类型路面，因此更容易受到老化。胡芳等[2]研究了老化对SBS沥青性能的影响，发现老化后沥青的高温性能有所提高。马莉骍等[3]研究了紫外老化对基质沥青水稳定性的影响，结果表明,随着紫外老化时间的延长，水稳定性降低。目前关于沥青老化的研究多集中在基质沥青和SBS改性沥青方面，而高黏沥青方面则较少[4]。

1 原材料和试验方法

1.1 试验原材料

1.1.1 高黏改性剂

高黏改性剂为TPS改性剂。TPS高黏改性剂适宜环氧基增粘树脂、热塑性弹性体为基材，辅以抗氧、抗剥离和交互联剂，将沥青绝对黏度提高约100倍，具有高软化点、高弹性恢复、高黏韧性、高抗老化等特性。高黏改性剂的机理通过调整沥青各组分间的比例。当基质沥青中添加进入高黏改性剂后，

沥青会产生溶胀反应，同时沥青中的轻质组分如饱和芳香酚等会增加，从而提高沥青的黏附性。

1.1.2 基质沥青

高黏沥青制备方法为高黏改性剂复配基质沥青，其中基质沥青选择为90#道路石油沥青，其各项性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[5]的技术要求。沥青技术性能试验结果见表1。

表1 沥青试验指标

1.2 试验方法

1.2. 高黏改性沥青制备

根据试验需要确定基质沥青和高黏改性剂的添加比例。选择88% 的基质沥青掺配12% 的高黏改性剂制备高黏改性沥青。将基质沥青加热至充分流动状态，然后将称量好的TPS高黏改性剂加入基质沥青中，初步进行搅拌，待搅拌均匀后采用高速剪切机再剪切20 min完成高黏沥青制备。制得的高黏沥青指标见表2，均满足《透水沥青路面技术规程》（GJJ/T 190-2012）要求[6]。

表2 高黏沥青试验指标

1.2.2 老化方式的确定

分别采用RTFOT和PAV的老化方式，模拟沥青在热氧条件下发生的老化；采用紫外光老化烘箱，模拟沥青在自然条件下受到的长期光老化；在RTFOT老化的基础上，结合紫外老化模拟沥青在多因素耦合条件下的老化。

1.2.3 老化后的高黏沥青评价体系

采用针入度指标评价高黏沥青老化前后感温性能的变化规律；采用指标评价高黏沥青老化前后低温性能的变化规律；采用软化点指标评价高黏沥青老化前后高温性能的变化规律。

2 试验结果与分析

2.1 热氧老化后高黏沥青性能

路面在实际使用时与空气直接接触，同时车辆行驶时会产生摩擦，加之夏季高温，导致暴露在外的沥青会受到严重的热氧老化。试验结果见表3、图1。

表3 热氧老化后高黏沥青性能结果

图1 热氧老化后高黏沥青性能

由图1可以看出，在经过热氧老化后，高黏沥青性能发生了明显改变。（1）短期热氧老化作用下（RTFOT），高黏沥青的针入度相比原样沥青有所下降。原样沥青的针入度为40.8（0.1 mm），RTFOT老化后的针入度为32.1（0.1 mm），下降了21.3%。可见，经过热氧老化作用后，高黏沥青变硬，因此其针入度有所下降。（2）软化点方面，原样沥青的软化点为92℃，RTFOT老化后的软化点为89℃，两者基本相等，表明短期热氧老化对沥青的高温性能影响不大。（3）短期老化后高黏沥青的延度相比老化前下降较明显，老化前延度为38 cm，而老化后仅为15 cm，下降了约60%。

为进一步明确热氧老化对高黏沥青性能的改变，采用长期压力老化（PAV）对高黏沥青进行试验。结果表明，与短期老化相类似，高黏沥青的针入度和延度呈现下降的趋势，且降幅更大，而软化点与原样沥青差别不大。其中，针入度降低了44.9%，延度降低了81.6%。

2.2 紫外老化后沥青性能

紫外老化后高黏沥青的性能见表4、图2。

表4 紫外老化后高黏沥青性能结果

图2 紫外老化后沥青性能

由图2可以看出，紫外老化后沥青性能的改变与热氧老化具有明显区别。（1）随着紫外老化时间的增加，高黏沥青的软化点呈现增加的趋势。其中，原样沥青的软化点为92℃，而经过10 d，15 d以及20 d紫外老化后，高黏沥青软化点分别增加为96℃、102℃、106℃，其抵抗高温变形能力明显提升。（2）针入度方面，紫外老化后高黏沥青的针入度随老化时间的增加而下降，老化20 d后高黏沥青的针入度为26 （0.1 mm），相比原样沥青降低了36.6%。可见，不管是热氧老化还是光老化，都会一定程度上提高黏沥青的脆硬性。（3）随着紫外老化时间增加，高黏沥青延度呈现下降趋势。此外，观察紫外老化后沥青的延度曲线发现，与针入度所不同，当紫外老化时间为小于15 d时，高黏沥青延度的变化趋势较为均匀，而当紫外老化时间增加至20 d时，沥青延度出现了明显降低。其中，原样、10 d和15 d紫外老化后沥青延度分别为33 cm、24 cm和18 cm，而20 d紫外老化后的延度则突降至4 cm。随着老化时间的增加，高黏沥青黏度也越来越大。20 d紫外老化后沥青黏度为8.3 Pa·s,相比原样沥青3.3 Pa·s提升了近2倍。因此，从黏附性角度老看，紫外老化有助于提升沥青与集料间的黏结性能。

2.3 复合条件下沥青性能

在路面实际使用过程中，沥青老化不仅仅只受到热氧活紫外等单一因素的老化，而更多的是两者复合条件下的老化。表4、图3为复合条件老化后高黏沥青性能试验结果。

表4 复合作用下高黏沥青性能试验结果

图3 复合老化条件下高黏沥青性能

由图3可以看出：（1）在复合老化条件下，高黏沥青的变化规律与单一因素下的老化有所不同。复合老化后，高黏沥青的软化点表现为先增加后降低的规律。当老化时间为10 d时，高黏沥青的软化点相比原样增加，而当老化时间延长至15 d时，高黏沥青的软化点则下降至低于原样沥青。这说明，在老化初期，高黏沥青主要受紫外老化影响，而在老化后期，则以热氧老化为主。（2）复合老化作用下，高黏沥青的针入度下降速率要大于单一因素作用下。其中，原样沥青的针入度为42 （0.1 mm），老化10 d后的针入度为23 （0.1 mm），老化15 d后的针入度为14 （0.1 mm）。复合作用下，老化10 d的针入度已经相当于紫外老化20 d的效果。针入度反映了沥青的感温性能，针入度越大，沥青的感温越好。可见，老化作用对沥青的感温性能不利。（3）延度方面，原样沥青的延度为36 cm，老化10 d后延度为25 cm，老化15 d后延度为19 cm，这与单一紫外老化后的结果基本一致。延度反映了沥青的低温性能，因此可以认为，沥青低温性能的降低主要是由于紫外老化作用的缘故。

3 结语

（1）短期热氧老化作用下，高黏沥青的针入度比原样沥青下降了21.3%，延度下降了约60%，软化点基本相等。PAV老化后的性能变化规律与RTF0T相类似，但针入度和延度降幅更大，分别降低了44.9%和81.6%，软化点则差别不大。（2）随着紫外老化时间的增加，高黏沥青的软化点呈现增加的趋势，针入度随老化时间的增加而下降。当老化时间小于15 d时，延度的变化趋势较为均匀，而时间增加至20 d时，延度出现了明显的降低。紫外老化有助于提升沥青黏附性。（3）复合老化初期，高黏沥青的软化点主要受紫外老化的影响，而在后期，则以热氧老化为主。复合老化作用下，高黏沥青的针入度下降速率要大于单一因素作用，高黏沥青低温性能的降低主要以紫外老化作用为主。