星型SBS改性沥青热氧和紫外光老化特性研究

上海昌吉地质仪器有限公司采用一种星型 SBS 改性剂和 2 种基质沥 青制备了 2 种 SBS 改性沥青，分别对其进行热氧 老化和热氧+紫外光耦合老化试验，再对经不同 老化时间的试样测试针入度、延度、软化点和表观 黏度，分析老化方式和时间对 SBS 改性沥青主要 技术性质的影响规律，探索建立 SBS 改性沥青老 化动力学方程，以期为高海拔地区 SBS 沥青筛选 提供参考。
原材料与试验

1．1 原材料
( 1) 沥青 基质沥青选用工程常用的两种 90 号道路石 油沥青，分别命名为 A 和 B，其主要技术性质。
( 2) SBS 改性剂 SBS 改性剂选用岳阳石化生产的星型 SBS， 其主要技术性质。
( 3) SBS 改性沥青 按照 SBS 改性剂掺量为 4．0%( 内掺) ，自制 稳定剂掺量为 2．5‰，制备 2 种 SBS 改性沥青，分别命名 为 MA 和 MB，其主要技术特性。

1．2 SBS 改性沥青老化模拟试验
( 1) 热氧老化 对于沥青的热氧老化，不论是 ＲTFOT 还是 PAV 试验，均已得到普遍认可。因此，沥青热氧 老化采用旋转薄膜烘箱进行模拟，对制备的 SBS 改性沥青分别老化 85 min、180 min 和 270 min，以 考察老化时间对 SBS 改性沥青技术性质的影响。
( 2) 紫外光老化 沥青路面铺筑后表面直接暴露在大气环境 中，太阳辐射中能穿越臭氧层达到地面的紫外光 波长主要集中在 280～400 nm，约占到达地面太阳 总辐射量的 6%，这部分紫外光能量很大，如波长 为 300 nm 时能量可达 397 kJ/mol，足以诱发路面 表层沥青发生光老化。研究表明，紫外光入射沥 青深度约为 0．1 mm，但由于沥青分子的扩散运 动，实际影响深度可达 1 mm。紫外线辐射强 度影响因素较多，各地紫外光辐射强度差异较大。 参照与西安纬度接近的日照市，平均紫外线辐 射强度为 50 W/m2 。 目前对于沥青紫外光老化尚无标准试验方 法。本文基于已有研究，在室内采用装配 2 种 UV 灯管的老化模拟试验箱进行紫外光老化试验，波 长 320 ～ 400 nm 的 UV-A 灯 管 和 波 长 为 265～ 320 nm的 UV-B 灯管各 4 根，距离试样5 cm，单根 灯管辐射强度约为 92．8 W/m2 ，则室内紫外光辐 射强度约为实际辐射强度的 15 倍。 试验时，将经过标准 ＲTFOT 老化( 85 min， 163 ℃ ) 的 SBS 改性沥青加热至 150 ℃，称 取 11．3 g沥青倒入直径 12 cm 的不锈钢托盘中，轻轻 转动托盘，使沥青均匀覆盖在托盘上，形成沥青膜 厚度约为 0．1 mm; 紫外老化时通过控温系统保持 试验温度为( 60±1) ℃。

2 试验结果与分析
2．1 SBS 改性沥青老化试验结果与分析
对经 ＲTFOT 和 ＲTFOT+UV 两种老化模式，不同老化时间的 SBS 改性沥青进行针入度、延度、软 化点和表观黏度测试。
1) 老化方式及时间对针入度的影响。
两种 SBS 改性沥青的针入 度经 ＲTFOT 后均呈减小趋势，老化时间越长，针 入度降低越明显，两者衰减速率相近，改性沥青 MA 线性衰减曲线斜率为－7．25，改性沥青 MB 线 性衰减曲线斜率为－7．59; 先经 ＲTFOT 再经紫外 光老化后的 SBS 改性沥青的针入度也随老化时 间延长呈减小趋势，但针入度衰减幅度要小于 ＲTFOT，改 性 沥 青 MA 线 性 衰 减 曲 线 斜 率 为 －3．15，改性沥青 MB 线性衰减曲线斜率为－2．34。
 2) 老化方式及时间对 5 ℃延度的影响
两种 SBS 改性沥青的延度 经旋转薄膜烘箱老化后均呈衰减趋势，老化时间 越长降低幅度越大，且在 0～85 min 内衰减幅度最 大; 采用沥青 B 制备的改性沥青 MB 先经旋转薄 膜老化再经紫外光老化后在 0～2 880 min 内延度衰减明显，随着老化时间延长，衰减幅度趋缓; 而采用沥青A制备的改性沥青 MA 延度在整个老化过程中衰减幅度较少。
3) 老化方式及时间对软化点的影响
SBS 改 性沥青在 ＲTFOT+UV 老化方式下呈现非单调变 化趋势，与基质沥青老化明显不同。这是因为 SBS 改性沥青在老化过程中同时发生沥青老化和 SBS 老化; 沥青老化是“硬化”过程，而 SBS 改性 剂在老化过程中主要发生热降解、氧化降解和光 降解，这些作用造成聚合物分子量降低和网状交 联结构破坏，但使沥青胶体变形能力增强［11］，因 而存在 SBS 改性剂降解速度和沥青“硬化”速度 的博弈，后期在紫外光能量作用下，SBS 改性剂的 降解速度快于基质沥青“硬化”速度，故导致软化 点降低; 当 SBS 改性剂降解和氧化缔结趋于稳定 后，软化点综合表现为保持稳定。

2．2 SBS 改性沥青老化动力学模型
上述试验结果表明，两种老化作用下 135 ℃ 表观黏度均呈显著的单调增大趋势，因此，可用黏 度增幅 间 接 表 征 沥 青 老 化 速 率，即 可 尝 试 用 135 ℃表观黏度增幅随老化时间的改变来建立老化动力学模型。
在 ＲTFOT 老 化 作 用 下， 2 种沥青的相关系数分别为 0． 918 和 0． 924， ＲTFOT+UV 老化作用下 2 种沥青的相关系数分 别为 0．940 和 0．964， 基质沥青制备的 SBS 改性沥青在不同老化方式下的拟合直线均具 有很好的相关性。因此，可以推断 ＲTFOT 和 UV 老化均为一级氧化反应。因此，拟合方程的斜率 即为对应沥青的反应速率常数 k。对于 ＲTFOT 老化，改性沥青 MA 的总反应速率略小于改性沥 青 MB; 而对 ＲTFOT+UV 老化，改性沥青 MA 的总 反应 速 率 与 改 性 沥 青 MB 相 同。由 此 可 见， ＲTFOT 老化方式对不同基质沥青制备的星型 SBS 改性沥青的老化反应速率的影响存在差异。

由此可见，上海昌吉沥青仪器基于 135 ℃ 表观黏度建立的老化 动力学模型可以预测星型 SBS 改性沥青表观黏 度随老化时间的变化，进而可以比较不同 SBS 改 性老化程度，为高海拔地区选择抗紫外老化沥青 提供参考。

3 结论
( 1) 热氧老化与紫外光老化对星型 SBS 改性 沥青的技术性质影响一致，即随着老化时间增加， 针入度、延度呈减小趋势，135 ℃ 表观黏度呈增大 趋势，而软化点呈非单调性变化趋势。
( 2) 星型 SBS 改性沥青的老化涉及沥青的“老 化”和星型 SBS 改性剂的老化，两种老化方式下老 化程度有所差异; 热氧老化作用下，不同基质沥青 制备的星型 SBS 改性沥青老化总反应速率存在差 异，而对热氧+紫外光老化，不同基质沥青制备的星 型 SBS 改性沥青老化总反应速率基本一致。
( 3) 以星型 SBS 改性沥青不同老化方式和时 间的表观黏度结果为依据，建立了老化动力学模 型，表明星型 SBS 改性沥青的老化符合一级氧化 动力反应方程，方程能预估星型 SBS 改性沥青老 化过程中的表观黏度。