紫外光吸收劑對瀝青性能的影響及其作用機理的研究

高彈改性瀝青SMA是應(yīng)用于鋼橋面磨耗層鋪裝的主要材料之一，研究了兩種高彈改性劑對改性瀝青性能的影響，并與普通SBS改性瀝青進行對比。結(jié)果表明：相對于普通SBS改性瀝青而言，兩種高彈改性劑均能大大提高改性瀝青的低溫抗裂性及疲勞性能。

正交異性鋼橋梁由于諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于大型橋梁的建設(shè)，鋼橋梁所處環(huán)境特殊，溫度及荷載變化大，導(dǎo)致鋼橋面頻繁的發(fā)生較大的變形，這給鋼橋面的鋪裝帶來了嚴峻的考驗。鋼橋面的鋪裝層不僅要滿足對鋼橋面板的保護作用，還要具有良好的行車功能。目前，主流的鋼橋面的鋪裝方式有雙層環(huán)氧瀝青鋪裝雙層SMA鋪裝下層澆注式瀝青+上層SMA鋪裝。環(huán)氧瀝青造價高昂，同時由于質(zhì)硬而易發(fā)生疲勞開裂；而雙層SMA鋪裝由于其較大的空隙率，雨水容易滲透到鋼橋面板上造成腐蝕，應(yīng)用越來越少；下層澆注式瀝青+上層SMA具有顯著的優(yōu)勢，繞注式瀝青由于其較高的油石比，空隙率小，水分幾乎難以滲透，且具有優(yōu)良的變形隨從性，對鋼橋面板形成良好的保護。SMA是－種紐骨架結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，作為橋面鋪裝的磨耗層，抗永久變形能力強。但是，普通SMA鋪裝層在低溫及繁復(fù)疲勞變形作用下容易出現(xiàn)開裂，影響道路的正常使用，甚至減少鋼橋梁的使用壽命。近年來，高彈改性瀝青SMA因其優(yōu)異的抗高溫車轍變形能力及低溫和疲勞開裂能力，被越來越廣泛的應(yīng)用于鋼橋面磨耗層的鋪裝，并在大量實際工程應(yīng)用中得到驗證。

高彈改性瀝青由基質(zhì)瀝青、聚合物改性劑SBS及高彈改性劑，且成，本文考察了兩種不同類型的高彈改性劑(高彈1#及高彈2#）對高彈瀝青性能的影響，通過改性瀝青及瀝青混合料相關(guān)試驗對兩種高彈改性瀝青的性能進行了評價，并與普通SBS改性瀝青進行對比。

試驗部分

試驗原料

基質(zhì)瀝青，SK－70，針人度71.2 1/10mm，軟化點48.8℃，10℃延度29cM；苯乙烯－丁二?。揭蚁┣抖喂簿畚?SBS），巴陵石化；高彈1#、高彈2#均為重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司自制改性瀝青增塑劑。

樣品制備及性能表征

高彈瀝青結(jié)合料。將基質(zhì)瀝青加熱融化，自比例加人SBS及高彈改性劑，經(jīng)過溶脹、剪切、發(fā)育等過程制備高彈改性瀝青。測試高彈瀝青的三大指標，布氏旋轉(zhuǎn)黏度及動態(tài)切流變性能，并與普通SBS改性瀝青相關(guān)性能作比較。

高彈改性瀝青混和料SMA。選擇符合JTG F40-2004 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求的礦料及礦粉，其中，礦料級配范圍。

將礦料及礦粉按要求烘干，按6.2%的石油比拌和制備高彈SMA混合料，并加入0.2%的聚酯纖維。測試瀝青混合料的抗水損害性能、高低溫性能及疲勞性能。

結(jié)果與討論

改性瀝青結(jié)合料性能研究

改性瀝青基本性能研究。高彈1#性瀝青、高彈2#改性瀝青及普通SBS改性瀝青的基本性能在老化前，高彈改性瀝青的軟化點與普通SBS改性瀝青十分接近，面針入度和5℃低溫度均明顯高于普通改性瀝青，表明高彈改性劑在不影響改性瀝青高溫性能的前提下，大大提高了改性瀝青的低溫性能。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后，高彈改性瀝青的軟化點略低于普通SBS改性瀝青老化后的軟化點，而5℃低溫延度仍然遠大于后者。兩種高彈改性瀝青的指標很接近，高彈1#改性瀝青軟化點略低于高彈2#改性瀝青，5℃延度略高，兩種高彈瀝青老化后的性能仍然比較接近。旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后，高彈1#、高彈2#改性瀝青5℃延度為分別為28.2cM和31.5cm，而普通SBS改性瀝青老化后5℃延度僅17.6cm。通過對比，高彈改性瀝青老化后的低溫性能仍然明顯優(yōu)于普通SBS改性瀝青。

經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后，改性瀝青的軟化點反而降低了，這與基質(zhì)瀝青的老化差異很大，一般而言，基質(zhì)瀝青老化后，瀝青中芳香分減少，而瀝青質(zhì)增多，因而導(dǎo)致其軟化點升高；與此不同的是，高彈改性瀝青的老化涉及到兩個方面的變化，一是瀝青的老化，二是改性劑SBS的老化，兩者共同作用的結(jié)果，表現(xiàn)出與基質(zhì)瀝青老化不同的特點。當(dāng)SBS摻量達到一定值后，可在瀝青中形成交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這能大大改善瀝青的高低溫性能，如軟化點升高、低溫延。但是，SBS分子中含有不穩(wěn)定的碳碳雙鍵C=C，容易在氧氣和高溫的作用下發(fā)生斷裂，使SBS分子鏈變短，瀝青中的SBS網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，損害改性瀝青的性能。

改性瀝青流變性能研究。瀝青是一種粘彈性物質(zhì)，即同時表現(xiàn)出粘性性質(zhì)和彈性性質(zhì)，這與瀝青本身的組成及溫度有關(guān)。隨著瀝青分子中重組分(瀝青質(zhì)、膠質(zhì)）關(guān)。隨著瀝青分子中重組分(瀝青質(zhì)、膠質(zhì)）含量的增加，粘性性質(zhì)減弱，彈性性質(zhì)增強；隨著溫度的提高，瀝青的粘性性質(zhì)增強，粘性性質(zhì)減弱。

兩種高彈改性瀝青及普通SBS改性瀝青老化后，G*/Sinδ都增大，表明改性瀝青老化后變得更硬。這與瀝青老化后組成變化有關(guān)，瀝青中的輕組分特別是芳香分逐漸減少，轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，最終變?yōu)闉r青質(zhì)。這種組成的變化，必然會導(dǎo)致瀝青中彈性成分的增加，故表現(xiàn)出G*/Sinδ的增大。普通SBS改性瀝青的抗車轍因子在老化前后均大于高彈改性瀝青，這是由于高彈改性劑對瀝青有增塑的作用，使得高彈改性瀝青抗車轍因子較小。對比髙彈1#改性瀝青和髙彈2#改性瀝青，可以看出，高彈2#改性瀝青經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后，其抗車轍因子增加率略小于高彈1#改性瀝青，由此說明高彈2#改性瀝青的抗熱氧老化性能略優(yōu)于高彈1#改性瀝青。

高彈瀝青混合料性能研究

以兩種高彈改性瀝青及普通SBS改性瀝青為膠結(jié)料，分別以相同的礦料級配及油石比拌和制備SMA，瀝青混合料油石比為6.2％，纖維摻量為礦料質(zhì)量的0.2％，測試瀝青混合料的抗水穩(wěn)定性、高溫抗車轍性能及低溫抗彎性能。

由于高彈改性瀝青的黏度比普通SBS改性瀝青小，所以其混合料空隙率較小，兩種高彈改性瀝青的浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度略低于后者，浸水殘留穩(wěn)定度(水穩(wěn)定性）比普通改性瀝青混合料高。

高彈改性瀝青混口料的60℃及70℃的動穩(wěn)定度均低于普通SBS改性瀝青混合料，表明高彈改性劑的加入對瀝青混合料的高溫性能有一定影響。對比低溫抗彎性能，兩種高彈改性瀝青混合料的-10℃極限彎拉應(yīng)變都大于10000με，而普通SBS改性瀝青極限彎拉應(yīng)變僅6355.8με，高彈改性瀝青混合料的-10℃極限彎拉應(yīng)變超過后者近60％，由此說明高彈改性瀝青低溫抗裂性能遠遠大于普通SBS改性瀝青混合料。

高彈2#SMA的高溫性能比高彈1#SMA略好，而低溫性能略低于后者，但相差都不大，這與瀝青膠結(jié)料的試驗結(jié)果一致。

疲勞性能試驗

按照JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)范》的測試方法，采用澳大利亞IＰC公司生產(chǎn)的BＦA液壓獨立式四點彎曲疲勞試驗設(shè)備進行瀝青混合料四點彎曲疲勞試驗，對SMA瀝青混合料的疲勞壽命進行研究。

制備高彈改性瀝青混合料及普通SBS改性瀝青混合料，分別成型四點彎曲小梁試件，其尺寸為385mmx65mmx50mm，選用無間歇時間的半正弦波加載波形，試驗頻率為10Hz，以應(yīng)變控制模式測試瀝青混合料的疲勞壽命，測試的應(yīng)變水平為1000με試驗溫度為15℃，當(dāng)勁度模量降為初始勁度模量的一半時，試驗結(jié)束，所測得的加載次數(shù)即為高彈改性瀝青的疲勞壽命。

高彈改性瀝青混合料小梁試件初始勁度模量小于普通SBS改性瀝青混合料，剛度較小，在使用過程中對鋼橋面具有更好的隨從行；高彈1#SMA及高彈2#SMA的疲勞壽命分別是普通SBS改性瀝青混合料的9倍和7倍，遠遠髙于后者；高彈1#SMA和高彈2#SMA的疲勞壽命分別為147.5萬次及112.6萬次，都超過了100萬次，高彈1#SMA的疲勞壽命比髙彈2#SMA的疲勞壽命大30％。

以上分析表明，相對于普通SBS改性瀝青混合料，高彈改性瀝青混合料疲勞壽命得到明顯的提高，而髙彈1#SMA的疲勞壽命略好于髙彈2#SMA。

結(jié)語

瀝青高溫性能的條件下，可大大提髙改性瀝青的低溫延度；高彈改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度及車轍動穩(wěn)定度與普通SBS改性瀝青相近；高彈改性瀝青混合料的低溫抗裂性能及抗疲勞開裂性能均遠遠大于普通SBS改性瀝青，從而大大提高剛橋面層瀝青混合料的使用壽命；髙彈1#及高彈2#改性劑均能明顯改善改性瀝青的低溫性能及疲勞性能，高彈1#改性瀝青的高溫性能略低于高彈2#，而其低溫性能及疲勞性能略優(yōu)。