1、总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：斯建宁（），男，工程师。改性沥青老化性能影响研究斯建宁任广海（招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆 ；招商局公路信息技术（重庆）有限公司重庆 ）摘要文中选用种基质沥青（号、号）分别制备得到 、种 改性沥青，经过短期老化（）、长期老化（）试验，结合荧光显微、三大指标、温度扫描试验，研究 改性沥青老化性能影响。荧光显微试验结果表明，改性剂与 号基质沥青具有更好的相容性，短期老化后 中的 氧化降解程度高于 。三大指标试验结果表明，种改性沥青针入度和延度随老化程度增大而降低，种改性沥青软化点随沥青老化程度增加而下降。温度扫描试验结果表明，种 改性沥青复数模量
2、在低温时随老化程度增大而升高，在高温时随老化程度增大而降低。相位角在短期老化后随温度升高出现先下降后上升趋势；在长期老化后，相位角随温度升高而上升。结合荧光显微、结果表明，抗老化性能优于 ，在老化时沥青相及 相氧化降解都更严重。在实际道路工程中更推荐采用 作为基质沥青进行 改性沥青的制备。关键词 号沥青沥青老化荧光显微沥青黏弹性中图分类号 改性沥青凭借其优异的路用性能，在沥青路面中大量使用 ，然而 改性沥青在混合料拌和过程及道路使用过程中，受到热、氧、光、机械作用而老化，导致 改性沥青性能下降，路面产生裂缝、坑槽等病害 。目前已有学者进行 改性沥青老化性能影响研究 ，等研究表明，改性沥青老化后
3、，改性沥青的相位角 出 现 一 定 程 度 的 增 大，黏 性 比 例 增 大。等 研究发现，改性沥青老化后的模量下降，表明老化后 改性沥青高性能削弱。研究表明，老化提升了 改性沥青的车辙因子，但对高掺量 改性沥青没有影响。现阶段研究倾向于研究 改性沥青老化机理及微观相态、流变性能的改变，而针对不同基质沥青组分对 改性沥青老化性能影响研究较少。因此，本文选用种基质沥青（号、号）分别制备得到 、种 改性沥青，经过短期老化（）、长期老化（）试验，结合荧光显微、三大指标、温度扫描试验，研究 改性沥青老化性能影响。试验材料与方案 试验材料 沥青分别选取 号、号沥青作为基质沥青，进行后续 改性沥青制备，
4、其中 号、号基质沥青技术指标见表。表基质沥青技术指标基质沥青针入度（）软化点延度（）布氏黏度（）（）动力黏度（）（）号 号 改性剂 改性剂为中石化巴陵石化生产的线型 （型），其基本性能指标见表。表犛 犅 犛改性剂性能指标性能指标数值嵌段比 拉伸强度 定伸强 断裂伸长率 邵氏硬度 改性沥青制备将、号沥青加热至 ，再称取相应基质沥青质量分数的 （型）改性剂，将 改性剂分批次添加于基质沥青，并将沥青置于高速剪切机中，设置剪切速率为 ，剪切温度为 ，剪切 后，再设置剪切速率为 剪切 ，完成 改性沥青的制备。分别将、号沥青制得的 改性沥青缩写为 、。试验方法 老化技术按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规
5、程 对 及 沥青试样进行老化试验，将沥青置于旋转薄膜烘箱中，温度设置为 ，进行短期老化（）；将短期老化后的沥青置于压力老化容器中，条件设置为压强 ，进行长期老化（）。荧光显微采用荧光显微镜对 改性沥青老化前、后进行观察，采集 放大倍率下的沥青荧光显微图片，观测 改性沥青随老化程度的变化过程。物理性能按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 对 改性沥青进行针入度（）、软化点和延度（）试验，利用三大指标试验结果对 改性沥青老化前后的物理性能进行评价。沥青黏弹性对 改性沥青进行温度扫描试验，设置角频率为 、应变率为 ，在 温度范围内以 温度间隔对沥青试样进行温度扫描试验，得到 改性沥青的复数模量犌和
6、相位角等参数，并对 改性沥青老化前后黏弹性进行分析。结果与分析 荧光显微对 、种沥青老化前、后进行荧光显微试验，二者试验结果图见图、图。图 老化前、后荧光显微对比图图 老化前、后荧光显微对比图由图、图可见，在未老化状态时 在 沥青中的分布更为密集，数量更多，其网状结构更加明显，说明 和 号沥青具有更好的相容性，这是由于 号沥青相较于 号沥青含有更多的轻质组分，因此当 与 号沥青结合时，能溶胀吸收更多的轻质组分，使得 中具有更多的 共聚物颗粒数量。对于 、种改性沥青而言，二者 数量随老化程度增大而减少。在短期老化后二者 数量均下降，下降更加显著，与未老化的 相比，共聚物经短期老化后，数量和粒径都
7、明显减少，相较于 而言，老化程度更严重，其抗老化性能差。推测是因为 号基质沥青相比于 号基质沥青含有更多的轻质组分，导致沥青在 短期老化状态下，呈现出更好的流动性能，使得沥青中的 颗粒与热氧充分混合，导致更多的 颗粒氧化降解，在荧光显微结果中表现为 老化程度更严重。在长期老化后，和 中 基本完全氧化降解，两者的荧光显微结果中 状态几乎相同。物理性能对 、改性沥青进行三大指标试验，其试验结果及三大指标变化率见表 表。年第期斯建宁任广海：改性沥青老化性能影响研究表犛 犅 犛改性沥青针入度及其变化率参数未老化 针入度（）变化率 针入度（）变化率 表犛 犅 犛改性沥青延度及其变化率参数未老化 延度 变
8、化率 延度 变化率 表犛 犅 犛改性沥青软化点及其变化率参数未老化 软化点 变化率 软化点 变化率 由表、表可见，、种改性沥青针入度和延度随老化程度增大而降低，在沥青老化过程中，沥青轻质组分氧化，使沥青质增多，沥青材料黏性降低，表现出更硬、更脆的状态，在针入度和延度指标数上表现为随老化程度增大，针入度和延度均减小。对 、针入度和延度变化率进行分析，变化率皆高于 ，这是因为 中含有更多轻质组分，在沥青老化时硬化现象更明显，使得针入度和延度变化率更高，进一步说明 抗老化性能较差。由表可见，随着沥青老化程度增大，沥青软化点下降，软化点的变化是由 改性剂和基质沥青两者老化共同导致的结果，一方面由于基质
9、沥青氧化硬化，软化点增加，另一方面 氧化降解导致沥青软化点降低。在研究短期老化和长期老化过程中，氧化降解占主导地位，因此 、随沥青老化程度增加，软化点下降。对 、软化点变化率进行分析，在 短 期 老 化 阶 段，软 化 点 变 化 率 大 于 ，中 氧化降解现象更明显，这也与荧光显微结果相一致。沥青黏弹性 复数模量对 、种改性沥青进行温度扫描试验，二者复数模量老化前、后对比见图、图。由图、图可见，两者复数模量随老化程度变化趋势一致，在低温时均表现为长期老化短期老化未老化，在高温时均表现为长期老化短期老化未老化。沥青在老化时，其复数模量变化趋势主要由基质沥青老化和 老化二者共同耦合决定。对基质沥
10、青而言，在老化过程中轻质组分氧化硬化，沥青变硬变脆，为体系提供更好的抵抗变形能力，使沥青复数模量表现出增大的趋势。对 相而言，在老化过程中 氧化降解，使沥青体系抗变形能力减弱，沥青复数模量呈减小趋势。对于老化后 、复数模量而言，在低温时基质沥青氧化硬化占主导，使得沥青复数模量呈现上升趋势，且随老化程度加深而增大，在高温时 氧化降解占主导，使得沥青复数模量呈现降低趋势。图 老化前后复数模量对比图图 老化前后复数模量对比图由图、图还可见，未老化时 在高温区复数模量高于 ，结合荧光显微结果进行分析，与 具有更好的相容性，使得在未老化状态下 高温性能相较于 更优。短期老化后，、种改性沥青复数模量均下降
11、，且 在高温区复数模量低于 ，相较于未老化状态下而言，下降幅度明显高于 ，说明 经过短期老化后其高温性能大幅度下降，抗老化性能比 差。长期老化后，复数模量略高于 ，结合荧光显微进行分析，此时 已完全氧化降解，沥青体系模量完全来自于老化后的基质沥青，中更多的轻质组分向沥青质转变，相较于 而言，长期老化后高温区模量略高。为进一步分析 改性沥青老化性能，选择，复数模量老化指数（）进行分析，其计算方法如式（），改性沥青 对比图见图。斯建宁任广海：改性沥青老化性能影响研究 年第期 犌老化后未老化（）式中：犌为复数模量，。图 改性沥青 对比图由图可见，在 下，无论是短期老化还是长期老化，种 改性沥青 值均
12、大于，且 均大于 ，说明 复数模量增加幅度高于 。在 下，沥青体系复数模量主要由基质沥青提供，在经过短期老化或者长期老化后，基质沥青氧化硬化，使得沥青 值大于，抗老化性能小于 。在 下，短期老化后 值小于 ，长期老化后 与 两者 值相差不大。在 下，未老化沥青体系复数模量主要由 贡献，经过老化后 氧化降解，体系复数模量下降使得种 改性沥青 值均小于，结合荧光显微结果进行分析，短期老化后，中 氧化降解更严重，使得其 值小于 。从 数据分析可知，抗老化性能优于 。相位角对 、种改性沥青进行温度扫描试验，二者相位角老化前后对比图见图、图。图 老化前后相位角对比图图 老化前后相位角对比图沥青相位角反映
13、的是黏性和弹性成分比例，相位角越大，沥青更表现出黏性，相位角越小，沥青更表现出弹性。在未老化状态下，沥青中 网状结构使沥青体系相位角随温度升高表现出下降趋势，抑制沥青向黏流态转变，随着温度升高，体系中 网状结构无法支持体系弹性性能，沥青黏性增大，相位角随温度增大而增大。在短期内老化状态下，与 与未老化状态一致，仍表现为随温度升高相位角先下降后增大的趋势，说明在短期老化后，、沥青中仍存有 ，这与荧光显微结果相一致。在长期老化状态下沥青相位角随温度升高而增大，不表现出下降趋势，结合荧光显微结果进行分析，、沥青中 发生老化降解，沥青体系中不存在 网状结构，随温度升高沥青向黏流态转变。在未老化状态下，
14、相位角小于 ，其相位角随温度下降趋势更明显，由于 中含有更多的轻质组分，溶胀的过程需要吸收轻质组分，与 沥青具有更好的相容性，使得沥青体系更表现出明显的弹性性能。在短期老化后，种 改性沥青相位角随温度下降趋势明显减弱，下降趋势减弱地更明显，在老化过程中 氧化降解，沥青弹性性能下降，在长期老化后相位角甚至不出现下降趋势。为进一步分析 改性沥青老化性能，选择，相位角老化指数（）进行分析，其计算方法如式（），改性沥青 对 比图 见图。老化后未老化（）式中：为相位角，（）。图 改性沥青 对比图由图可见，在 下，与 值差别较小，在该温度下体系弹性性能主要由基质沥青决定，此时 对体系弹性性能影响较小。在
15、下，无论是长期老化还是短期老化，值均高于 ，在 下沥 年第期斯建宁任广海：改性沥青老化性能影响研究青体系弹性性能主要由 决定，经过老化后，氧化降解，体系弹性性能下降使得相位角增大，体系 值大于。结合荧光显微结果进行分析，中 氧化降解程度更严 重，其 值高于 ，抗老化性能更差。结论）从荧光显微试验可以看出在未老化状态下 中含有更多的 数量，说明 改性剂与 号基质沥青具有更好的相容性，短期老化后的荧光显微结果表明 中的 氧化降解程度高于 ，长期老化后荧光显微结果表明种 改性沥青中 已完全氧化降解。）在进行针入度和延度试验时，由于测试温度较低，此时沥青体系性能主要由基质沥青老化决定，使得 、种改性沥
16、青针入度和延度随老化程度增大而降低，但在进行软化点试验时，与沥青高温性能相关，此时沥青体系性能主要由 老化决定，使得 、种改性沥青软化点随沥青老化程度增加而下降。）、复数模量随温度变化趋势均表现为，在低温时随老化程度增大而升高，在高温时随老化程度增大而降低，且相较于未老化状态下而言，降低幅度明显高于 ，同时 结 果 表 明 抗 老 化 性 能 优 于 ，在实际道路工程中更推荐 作为基质沥青进行 改性沥青的制备。）、在未老化和短期老化后，二者相位角随温度变化趋势均表现为随温度升高，相位角先下降后上升；在长期老化后，二者相位角随温度升高，相位角升高，同时 结果表明 抗老化性能优于 。参考文献 中国公路学报 编辑部中国路基工程学术研究综述 中国公路学报，（）：韩冰，舒诚，陈杰，等高模量沥青结合料研究进展筑路机械与施工机械化，（）：中国公路学报 编辑部中国路面工程学术研究综述 中国公路学报，（）：钟彪沥青混凝土路面预防性养护措施决策与应用中外公路，（）：李立寒，张明杰，祁文洋老化 改性沥青再生与机理分析长安大学学报（自然科学版），（）：黄旭，姚晓光沥青老化行为及其机理研究公路工程，（）：张含宇
