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圖2-2JQ-500型高速剪切混合乳化機(jī)

高粘改性瀝青(Highviscositymodifiedasphalt)按高粘改性劑摻量0%、8%、12%和瀝青類型分別命名為70#、70A8、70A12（70#基質(zhì)改性瀝青）以及SBS、SA8、SA12（SBS改性瀝青）。

2.2高粘改性瀝青老化方法

2.2.1熱氧老化

（1）短期老化

本文采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)（RTFOT）模擬瀝青在短期老化過程中的熱氧老化。把制備好的高粘改性瀝青倒入盛樣瓶，每瓶35±0.5g，然后放入事先在163℃下保溫16h的薄膜烘箱中進(jìn)行老化。儀器設(shè)定：老化時(shí)間為85min，環(huán)形架轉(zhuǎn)動(dòng)速度為15r/min，熱空氣流入速度為4000ml/min。到達(dá)時(shí)間后，立即逐個(gè)取出盛樣瓶，將試樣倒入潔凈容器中混勻，以備進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。如圖2-3所示。

圖2-3旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱及樣品

（2）長期老化

本文采用壓力老化試驗(yàn)（PAV）模擬瀝青在實(shí)際服役過程中受環(huán)境而發(fā)生的長期老化。瀝青壓力老化試驗(yàn)箱采用天津港源儀器廠生產(chǎn)的PAV-1型壓力老化箱，對(duì)瀝青進(jìn)行長期老化，試驗(yàn)儀器如圖2-4所示。計(jì)取50g±0.5g短期老化后的瀝青殘留物倒入老化盤中（如圖2-4所示），再將老化盤放入PAV老化箱中老化20h。試驗(yàn)過程中溫度保持在100℃,老化箱內(nèi)部壓強(qiáng)控制在2.1MPa±0.1MPa。

2.2.2紫外老化

采用紫外光加速耐候試驗(yàn)機(jī)老化箱對(duì)瀝青模擬紫外老化。將50g樣品平鋪在老化盤中，形成2mm厚度的薄膜，放置于老化箱內(nèi)，使用熒光紫外燈照射，光波長340nm，暴露溫度60℃,凝露溫度50℃,老化程序設(shè)定為紫外光暴露8h，凝露4h為一循環(huán)。各瀝青樣品設(shè)置紫外老化歷時(shí)為8h、24h、48h、64h，紫外老化箱及老化后瀝青樣品狀態(tài)如圖2-5所示。

圖2-5紫外老化試驗(yàn)箱及樣品

2.3高粘改性瀝青常規(guī)性能試驗(yàn)

2.3.1瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方法

軟化點(diǎn)反映瀝青黏度和高溫穩(wěn)定性及感溫性。瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)采用環(huán)球法，將裝有試樣的試樣環(huán)連同試樣底板置于5℃士0.5℃水的恒溫水槽中至少15min；同時(shí)將金屬支架、鋼球、鋼球定位環(huán)等亦置于相同水槽中。在5℃的蒸餾水中加熱，使杯中水溫在3min內(nèi)調(diào)節(jié)至維持每分鐘上升5℃±0.5℃,記錄瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果。

（2）結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果如圖2-6所示。

圖2-6瀝青軟化點(diǎn)：（a）70#改性瀝青；（b）SBS改性瀝青

由圖2-6可知，高粘改性瀝青在短期老化、長期老化和紫外老化后，其軟化點(diǎn)均增大。高粘劑的摻入，增大了瀝青的軟化點(diǎn)，且隨高粘劑摻量增加而增大。在長期老化中，高粘改性瀝青的軟化點(diǎn)均出現(xiàn)減小的現(xiàn)象。有研究表明，聚合物瀝青老化主要有三個(gè)過程：聚合物的降解、聚合物相結(jié)構(gòu)的破壞和基瀝青的氧化。短期老化和紫外老化中，瀝青樣品表現(xiàn)為軟化點(diǎn)增高，表明瀝青主要是以基瀝青的氧化為主導(dǎo)，生成大量含氧極性分子，導(dǎo)致軟化點(diǎn)增大。但增加幅度緩慢，是由于高粘劑與瀝青分子相互交聯(lián)、裹附，阻擋了氧分子等極性官能團(tuán)的進(jìn)入和反應(yīng)。在壓力老化中，隨著老化程度的加深，高粘劑發(fā)生降解和相結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致改性瀝青的高溫穩(wěn)定性降低，表現(xiàn)為軟化點(diǎn)降低。

由圖2-6（a）可知，對(duì)于70#基質(zhì)瀝青及其高粘改性瀝青，隨著紫外老化時(shí)間的增大，其軟化點(diǎn)呈增大趨勢(shì)，但增大速度較為緩慢。70#基質(zhì)瀝青長期老化后，其軟化點(diǎn)最大，老化最為嚴(yán)重。由圖2-6（b）所示，相比于70#改性瀝青，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)較高，高溫穩(wěn)定性較好。短期老化和紫外老化中，瀝青軟化點(diǎn)增加幅度較小，表明基瀝青發(fā)生輕微氧化，紫外老化隨時(shí)間增加，基瀝青氧化程度加深。長期老化中，SBS瀝青軟化點(diǎn)顯著提高，表明瀝青中基瀝青大幅度發(fā)生氧化。SA8瀝青和SA12瀝青在短期老化和壓力老化中，軟化點(diǎn)出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。短期老化對(duì)高粘劑的相結(jié)構(gòu)破壞或降解其實(shí)較小，更多的原因來自高粘劑與瀝青分子出現(xiàn)不相容現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青軟化點(diǎn)下降。SA8瀝青和SA12瀝青在紫外老化中軟化點(diǎn)仍隨紫外照射時(shí)間增長而增加，主要還是基瀝青的氧化為主導(dǎo)。

老化前，70#瀝青軟化點(diǎn)小于SBS瀝青。隨著高粘劑摻量的提高，70#高粘改性瀝青和SBS高粘改性瀝青軟化點(diǎn)值均明顯大幅上升，且表現(xiàn)出摻量越高，軟化點(diǎn)參數(shù)越大。且相同高粘劑摻量的兩種瀝青，SBS高粘改性瀝青軟化點(diǎn)均高于70#高粘改性瀝青。表明SBS瀝青高溫性能優(yōu)于70#基質(zhì)瀝青，高粘劑的摻入，顯著提高了瀝青高溫穩(wěn)定性。

2.3.2瀝青針入度試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方法

瀝青針入度試驗(yàn)測(cè)定瀝青針入度反映瀝青軟硬程度和稠度，抵抗剪切破壞的能力以及確定瀝青標(biāo)號(hào)。將試樣放置于室溫15-30℃中1.5h以上，再放入25℃的恒溫水槽1.5h以上，然后進(jìn)行針入度試驗(yàn)。

（2）結(jié)果與分析

針入度試驗(yàn)結(jié)果如圖2-7所示。

圖2-7瀝青針入度：（a）70#改性瀝青；（b）SBS改性瀝青

由圖2-7所示，高粘改性瀝青在短期老化、長期老化和紫外老化中，其針入度值均減小，表明瀝青隨老化程度加深，瀝青硬度和稠度提升。高粘劑的摻入，減小了瀝青針入度，且隨高粘劑的摻量增加而減小，表明高粘劑的顯著提升了瀝青的粘度和抗剪切能力。三種老化相比較，紫外老化對(duì)高粘改性瀝青的針入度影響較小，但仍隨紫外老化時(shí)長增加，針入度減小，但減小速度緩慢；短期老化對(duì)瀝青針入度的影響高于紫外老化64h；壓力老化使高粘改性瀝青的針入度減小最多，瀝青老化程度最為嚴(yán)重。

由圖2-7（a）可知，70A8瀝青和70A12瀝青在3種老化中針入度減小程度均小于未老化，表明高粘劑的摻加提高了瀝青抗老化能力。由圖2-7（b）可知，SBS改性瀝青與70#基質(zhì)瀝青，但未老化前SBS瀝青的針入度均小于70#瀝青，表明瀝青粘度更好，抗剪切能力越好。紫外老化后的SBS瀝青針入度均大于短期老化和長期老化，表明紫外老化對(duì)瀝青針入度影響小于短期老化和紫外老化。SBS高粘改性瀝青在3種老化條件下，針入度減小幅度均小于基質(zhì)瀝青，也證明了高粘劑對(duì)SBS瀝青的抗老化能力顯著提升。

根據(jù)式（2.1）所示，計(jì)算各瀝青樣品的殘留針入度（RP）評(píng)價(jià)瀝青的低溫抗裂性、抗剪切變形能力和抗老化性，計(jì)算結(jié)果如圖2-8。

其中，RP為殘留針入度，ΔP1為老化后的針入度，ΔP2為老化前的針入度。

圖2-8瀝青殘留針入度比：（a）70#改性瀝青；（b）SBS改性瀝青

如圖2-8（a）所示，70#基質(zhì)瀝青在紫外老化中，RP值最大，且隨紫外老化時(shí)長成反比，壓力老化中，RP值最小，表明紫外老化對(duì)70#瀝青的針入度影響最小，壓力老化影響劇烈。在摻加高粘劑后，70#改性瀝青的RP值均有所提升，充分驗(yàn)證了高粘劑的摻入，減小了老化對(duì)瀝青針入度的影響，提高了瀝青的抗老化性能。但70#瀝青在紫外老化中，70A8瀝青的RP值在紫外24h后出現(xiàn)大于70A12的RP值，表明高粘劑的摻量高低與性能關(guān)系不是線性增加關(guān)系，更應(yīng)該考慮整個(gè)瀝青膠體體系相容性問題，12%高粘劑在70#瀝青膠體體系中出現(xiàn)不相容狀態(tài)，導(dǎo)致抗老化性能降低。

圖2-8（b）所示，SBS瀝青與70#瀝青結(jié)論相仿，紫外老化對(duì)瀝青針入度影響較小，壓力老化影響劇烈。高粘劑的摻加SBS瀝青的抗老化性能，但在紫外老化中，SA8瀝青的抗老性能更優(yōu)于SA12瀝青，更證明了研究瀝青相容性變化與不同老化之間的規(guī)律的必要性。

2.3.3瀝青延度試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方法

瀝青延度用于反映瀝青的塑性變形能力及低溫抗裂性能。按照規(guī)程制備試樣，在室溫冷卻1.5h后，將試件連同底板移入延度儀15℃水槽中，啟動(dòng)延度試驗(yàn)儀，并注意觀察試樣的延伸情況，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

（2）結(jié)果與分析

瀝青延度試驗(yàn)結(jié)果如圖2-9所示。

圖2-9瀝青延度：（a）70#改性瀝青；（b）SBS改性瀝青

由圖2-9（a）可知，70#瀝青延度在三種不同老化條件下均減小，其中在短期老化中，延度減小幅度最小，壓力老化中，延度大幅降低，紫外老化中，隨紫外照射時(shí)長增加與延度成反比。表明老化使瀝青的塑性降低，低溫抗裂性能變差，且其中壓力老化對(duì)瀝青延度影響最大。摻加高粘劑改性后，70A8瀝青和70A12瀝青延度均出現(xiàn)降低，表明高粘劑的摻入降低了瀝青的塑性和低溫抗裂性能。

圖2-9（b）可知，SBS瀝青延度在三種老化條件下均減小，其中壓力老化對(duì)瀝青延度影響最大，延度降低最多。但在摻加高粘劑后，SA8瀝青的延度有小幅度增加，SA12瀝青小幅度降低，表明高粘劑對(duì)SBS延度影響不大。SA8瀝青和SA12瀝青在紫外老化8h和24h中，SA8瀝青的延度大于SA12瀝青，48h和64h后，SA12瀝青延度大于SA8瀝青。表明高粘劑摻量與延度變化非線性關(guān)系，更多的是瀝青膠體體系相容性的影響。

根據(jù)式（2.2）所示，計(jì)算殘余延度比（RD）評(píng)價(jià)各瀝青樣品在不同老化條件下抵抗老化能力，結(jié)果如圖2-10所示。

其中，RD為殘留延度，ΔD1為老化后延度，ΔD2為老化前的延度。

圖2-10殘留延度比：（a）70#改性瀝青；（b）SBS改性瀝青

由圖2-10（a）可知，70#瀝青RD值隨紫外老化時(shí)長增加而減小，長期老化中瀝青的RD均降到最小值，表明長期老化對(duì)瀝青延度影響最嚴(yán)重，與上述結(jié)論一致。在摻加高粘劑后，在短期老化和長期老化中，瀝青的抗老化能力都與高粘劑摻量成正比，在紫外老化24h，70A8瀝青的RD值大于70A12瀝青，表明高粘劑能夠降低老化對(duì)瀝青延度影響，在紫外老化中，膠體相容性出現(xiàn)問題，導(dǎo)致?lián)搅坎⒉荒芘c性能優(yōu)劣成正比。

圖2-10（b）可知，SBS瀝青RD值變化與70#瀝青變化規(guī)律相仿，在紫外24h中，SA8瀝青的RP值大于SA12瀝青，在48h紫外老化中，SA8瀝青和SA12瀝青的RP均有小幅度回升，表明紫外老化對(duì)高粘劑和SBS瀝青膠體結(jié)構(gòu)有明顯影響。

2.4  小結(jié)

本章通過瀝青常規(guī)性能試驗(yàn)（軟化點(diǎn)、針入度、延度）分別探究了以70#瀝青 和 SBS 瀝青為基瀝青的摻加不同比例（8% 、12%）的高粘改性瀝青的基本性能和 不同老化情況下（短期老化、長期老化、紫外老化）瀝青老化特性。通過常規(guī)性 能試驗(yàn)對(duì)比分析兩種瀝青在老化后宏觀性能變化，主要結(jié)論如下：

（1）高粘劑的摻入可以顯著提升 70#瀝青和 SBS 瀝青的高溫穩(wěn)定性、抗剪切 變形能力、抗老化性。在未老化狀態(tài)下高粘劑摻量越高，性能越好，其中 SBS 改 性瀝青性能更優(yōu)于 70#改性瀝青。

（2）在短期老化和紫外老化中，70#瀝青和 SBS 瀝青軟化點(diǎn)均小幅上升，主 要原因?yàn)榛鶠r青發(fā)生氧化；長期老化后瀝青軟化點(diǎn)下降，主要是高粘劑降解導(dǎo)致。

（3）紫外老化對(duì)瀝青的針入度和延度影響區(qū)別于短期老化和長期老化，對(duì)高 粘劑改性瀝青，紫外老化時(shí)長瀝青對(duì)針入度、延度和高粘劑摻量處于非線性規(guī)律。

（4）高粘改性瀝青常規(guī)性能在不同老化條件下，與高粘劑摻量無明顯規(guī)律， 高粘改性瀝青的膠體相容性影響其宏觀性能，需要深入探討和研究。