不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影响

　沥青在自然条件和交通荷载作用下会发生老 化，导致沥青路面出现裂缝、坑槽等病害。根据胶浆 理论，沥青与集料、矿物填料通过物理化学吸附作用 形成相对稳定的空间网状结构的分散体系。针对沥 青胶浆老化前后的路用性 能，ＲｅｃａｓｅｎｓＲ．Ｍ．等 认 为填料的添加对沥青混合料的抗老化性能有着不可 忽视的作用；王秉纲等分析矿粉对沥青老化性能的 影响，认为沥青胶浆在热氧条件下粉胶比含量不应 超过１．５；谭忆秋从填料与沥青相互作用的角度，通 过动态剪切流变仪（ＤＳＲ）与弯曲流变仪（ＢＢＲ）试验 得出基 质 沥 青 最 佳 粉 胶 比 为０．９～１．４。实 际 工 程 中，尤其是在中国西部紫外光光照时长较长、紫外辐 射强度较大的地区，紫外光照是导致道路沥青老化 的主要因素。沥青材料在紫外光辐射下发生老化导 致材料性能发生衰变，在交通荷载等作用下沥青路 面发生病害。为满足中国西部地区实际工程需要， 同时更深入地了解沥青胶浆紫外老化变化情况，该 文开展不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影 响研究。

１ 材料制备及性能检测
１．１ 沥青胶浆制备
基质沥青采用中国石化生产的东海牌７０＃ 道路 石油沥青，其主要技术指标。沥 青 胶 浆 是 沥 青和填料组成的均匀二元体系，决定沥青混合料的 路用性能及耐久性。将基质沥青与矿粉（其主要技术指标见 ）混 合 制 备 沥 青 胶 浆，粉 胶 比 为 １．０。 制备胶浆样品前，先将基质沥青在１５０ ℃烘箱中预 热３０ｍｉｎ确保沥青具有一定的流动性，矿粉在１５０ ℃烘箱中烘干确保填料达到混合温度；高速剪切仪 预热５ｍｉｎ后倒入填料与沥青进行搅拌，搅拌速度 为１５００ｒ／ｍｉｎ，搅拌时长为１ｈ。为保障沥青与填 料搅拌均匀，搅拌中每隔１０ｍｉｎ调节叶片高度。

１．２ 沥青胶浆样品老化
根据 ＡＳＴＭ Ｄ１７５４（ＡＳＴＭ２０１４），通过旋转薄 膜烘箱将沥青胶浆样品在１６３ ℃下保持５ｈ进行短期老化。

１．３ 紫外老化模拟试验
根据室内紫外光老化时长与室外紫外光辐射总 量相等的原则，采用自制紫外光老化环境箱进行紫 外光 老 化 室 内 模 拟 试 验。先 通 过ＪＴＧ Ｅ２０－２０１１ 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》测定沥青密 度，根据 ＴＦＯＴ 老化后沥青密度及设定的试样厚度 得到试样质量，制备试样将其加温至１５０ ℃使其保 持流动状态；将试样放入紫外光老化环境箱中，选用 波长 ３６５ ｍｍ 的 紫 外 光 源，在 ２５ ℃ 温 度、强 度 ５ ｍＷ／ｃｍ２下进行老化，老化结束后取出试样。

试验结果分析
２．１ 针入度试验结果分析
感温性是表征沥青材料性质随温度变化的指标，是反映沥青路面施工质量和使用性能的重要指 标，常用针入度指数表征。将老化前后的基质沥青 与沥青胶浆在１５、２５、３０℃温度下进行针入度试验：基质沥青与沥青胶浆在老化前后 的针入度都随温度上升而上升，呈现正相关的变化 规律。而针入度与沥青的稠度呈负相关，针入度越 大，沥青稠度越小，沥青越来越软，沥青高温稳定性 变差。与基质沥青相比，加入矿粉后的沥青胶浆具 有更好的高温稳定性；沥青胶浆的针入度下降速率 低于基质沥青，说明矿粉对沥青老化具有一定抑制 作用。

２．２ 延度试验结果分析
延度是评定沥青塑性的重要指标，通过延度试 验可快速测试沥青的低温抗裂性能，反映沥青抵抗 拉伸破坏的能力。将短期老化前后的基质沥青与沥 青胶浆在１５ ℃下进行延度试验。

２．３ 动态剪切流变试验结果分析
ＤＳＲ是ＳＨＲＰ评价沥青粘弹性的标准方法，可 模拟沥青在集料间接触点受到的剪切作用。通过相 位角δ、复数剪切模量 Ｇ＊ 表征沥青的粘性和弹性。 相位角δ 反映沥青材料中粘、弹性成分的多少，其值 越大，材料中粘性成分越多；低温时相位角δ 越高， 沥青的流动性越好，可减少沥青的低温开裂。老化 指数ＡＩ 为沥青紫外老化后复数模量与老化前复数 模量之比，表征沥青的老化程度。车辙因子是评价 沥青高温流变性能的重要指标，反映沥青抵抗永久 变形的能力，其值越大，沥青抗车辙的性能越好。 选用２５ｍｍ 振 荡 板，频 率 为１０ｒａｄ／ｓ，对 紫 外 老化３０、６０、９０、１２０ｈ后的沥青胶浆和原样沥青胶 浆试样进行温度扫描。

１）随着温度的升高，沥青胶浆老 化前后的复数剪切模量均不断减小。原样沥青胶浆 的复数剪切模量最小，在相同光照强度下，随着紫外 辐射时长的增加，沥青胶浆的复数剪切模量增大，其 中紫外光照１２０ｈ后的复数剪切模量和老化指数最 大。
２）５２ ℃时，随着紫外光照时长的增加，沥青胶 浆的相位角逐渐减少，沥青胶浆的流动性降低。随 着温度的上升，老化前后沥青胶浆的相位角均逐渐 增大。原样沥 青 胶 浆 的 相 位 角 最 大，紫 外 老 化１２０ ｈ后的相位角 最 小，说明沥青胶浆老化后粘性成分减少。
３）随着温度的升高，老化前后沥青胶浆的车 辙因子均不断减少，其中原样沥青胶浆的车辙因子最小。在相同温度条件下，随着紫外光照时长的增。

３ 结论
（１）对比老化前后沥青胶浆和基质沥青的针入 度，矿粉的加入可降低沥青胶浆的针入度。
（２）随着紫 外 老 化 时 长 的 增 加，沥 青 胶 浆 的 复 数剪切模量和车辙因子 均 增 大，其 中 光 照１２０ｈ后 的复数剪切模量和车辙因子最大，随着老化时长的 增加，沥青胶浆的高温性能增强。
（３）紫外辐射时长增加会加剧沥青胶浆的老化 现象，紫外光照时长越长，沥青胶浆老化越严重，沥 青胶浆的老化过程遵循“时长等效”原则。
（４）随着紫 外 光 照 时 长 的 增 加，沥 青 胶 浆 的 劲 度模量越来越大，蠕变速率越来越小，低温性能越来 越差。