摘要：文章為研究橡膠瀝青在廣西高溫多雨地區(qū)紫外老化后的性能變化，采用室內(nèi)紫外照射模擬當(dāng)?shù)貙嶋H光照強度，對老化后的橡膠瀝青進行常規(guī)指標試驗、動態(tài)剪切流變試驗及低溫彎曲流變試驗。研究結(jié)果表明：隨著紫外光照時間的增加，橡膠瀝青的針入度和延度指標下降，軟化點上升，瀝青發(fā)生老化;橡膠瀝青在紫外照射后車轍因子升高，相位角下降;紫外作用使得橡膠瀝青蠕變勁度S增大，蠕變速率m減小;與基質(zhì)瀝青相比，橡膠改性瀝青擁有更好的紫外老化能力。

　　關(guān)鍵詞：橡膠改性瀝青;紫外老化;常規(guī)指標;流變性能

　　0 引言

　　隨著我國公路建設(shè)里程不斷增加，交通運輸網(wǎng)逐漸完善，道路方面的工作重心開始從建設(shè)向養(yǎng)護方面轉(zhuǎn)變。道路從業(yè)人員加大對瀝青路面病害的防治工作，研究瀝青路面病害產(chǎn)生的原因及損壞機理并結(jié)合“低碳環(huán)保”等理念提出相關(guān)防治措施。其中太陽紫外線輻射是引起瀝青路面老化，導(dǎo)致路面使用性能劣化、耐久性能降低的主要原因，為此不少學(xué)者對此展開研究。

　　對于紫外線老化的研究。高明[1-2]等通過對瀝青紫外線老化前后組分的變化和性能的變化研究，從瀝青組分的變化過程中解釋了瀝青在老化后軟化點增大，針入度減小，延度減小，粘附性減小的原因。同濟大學(xué)葉奮分析研究了青藏高原日光的輻射強度和波段，利用同濟大學(xué)自主研制的紫外老化模擬箱，進行室內(nèi)室外紫外模擬對比試驗，建立了瀝青紫外線老化仿真系統(tǒng)，并通過試驗證明，取樣進行TFOT試驗后再進行室內(nèi)紫外線老化試驗來模擬瀝青實際的紫外老化行為的實驗方法是可行的[3]。通過瀝青化學(xué)組分試驗發(fā)現(xiàn)，瀝青四組分經(jīng)過紫外光氧老化后飽和分和芳香分含量減少，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量增多。同時通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)PAV熱老化速率是紫外光老化氧化速率的0.34～0.68 倍[4]。吳成彬通過對青藏地區(qū)瀝青路面裂縫的實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高原地區(qū)強烈的太陽輻射和紫外線導(dǎo)致瀝青路面老化進而使得瀝青層低溫性能發(fā)生損害，這直接導(dǎo)致了路面的低溫開裂現(xiàn)象[5]。栗培龍通過紫光老化模擬實驗發(fā)現(xiàn)，瀝青的延度隨著紫外光照射時間增長下降得較為明顯，而黏度指標卻相差不明顯，瀝青紫外老化對瀝青路用性能影響最大的是低溫性能[6]。

　　在“低碳環(huán)保”防治措施方面，廢舊橡膠輪胎因大量隨意堆棄，占用土地資源，污染環(huán)境，被稱為“黑色污染”。為此，道路從業(yè)人員展開相關(guān)研究，其中濕法工藝生產(chǎn)的橡膠瀝青使路面具有更好的抗車轍性能，降低了疲勞和反射開裂，且由于瀝青粘結(jié)膜較厚，其耐蝕性與抗老化性能較好[7-10]。在反應(yīng)機理方面，Amir[11]、張向東[12]、Gawel[13]、Feipeng Xiao[14]等認為膠粉與瀝青之間主要進行的是物理溶脹反應(yīng)，膠粉的溶脹反應(yīng)使得橡膠瀝青的黏度得到顯著增長，并最終使得橡膠瀝青的各項性能發(fā)生改變。且橡膠瀝青制備工藝參數(shù)和原材料特性，如剪切速率、剪切溫度、物料投放順序、發(fā)育時間等都對瀝青性能產(chǎn)生一定的影響[15]。Zhang等[16]通過形貌觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)在橡膠瀝青中摻加SBS可顯著改善橡膠瀝青的高低溫性能。

　　綜上所述，對于橡膠瀝青的制備，因制備工藝參數(shù)及原材料的不同，導(dǎo)致其性能存在一定的差異。為此，本文根據(jù)相關(guān)的橡膠瀝青制備工藝以及廣西當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況提出一套橡膠瀝青制備工藝，研究其在當(dāng)?shù)靥栕贤廨椛淝闆r下的性能變化，以期為類似廣西高溫多雨環(huán)境地區(qū)的橡膠瀝青路面建設(shè)提供借鑒。

　　1 原材料與試驗方法

　　1.1 原材料

　　本文選用70#A級基質(zhì)瀝青，40目橡膠粉進行橡膠瀝青制備，改性劑選用中國石化產(chǎn)YH-791H線型熱塑性丁苯橡膠(SBS)，并選用廣西交科集團有限公司提供的白色促進劑T1與黑色穩(wěn)定劑T2作為穩(wěn)定劑。依據(jù)王笑風(fēng)[17-18]等人對于橡膠瀝青制備工藝的研究，確定橡膠瀝青制備中膠粉、SBS、白色促進劑、黑色穩(wěn)定劑、基質(zhì)瀝青等材料的比例分別為20%、0.5%、2%、0.3%、100%。

　　1.2 試驗方法

　　由中國氣象局官方公布資料可知，廣西的年平均太陽光照強度為1 200 kwh/m2左右，年平均太陽光照時間為1 200 h左右[20]。各地年日照時數(shù)為1 169～2 219 h，夏季各地日照時數(shù)為355～698 h，年平均日照時長約為5 h，最高氣溫為33.7 ℃～42.5 ℃，并檢測路面溫度達到60 ℃。此外據(jù)相關(guān)研究可知，在自然環(huán)境中透過大氣層到達地面的紫外線光譜波長范圍是280～400 nm。按照波長對其劃分，UVB波長為280～320 nm，UVA波長為320～360 nm和360～400 nm，其到達地面的太陽輻射光譜能量分布[19]見表1。

　　根據(jù)室內(nèi)外紫外線總輻射量相等的原則，以及實驗所用紫外燈輻射強度，對室內(nèi)外紫外線光照時間進行折算。試驗采用固化UV紫外燈，波長為395 nm，功率為85 W，其中試樣和紫外燈輻照強度間距關(guān)系如圖1所示。紫外燈折算時間采用式(1)[19]。換算結(jié)果見表2。

　　綜上，瀝青試件按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[20](JTG E20-2011)要求，采用4個直徑為140 mm的盛樣皿制備。同時參照該規(guī)范JTG E20-2011中的方法準備瀝青試樣，分別注入已稱質(zhì)量的盛樣皿中，質(zhì)量控制在50 g±0.5 g，瀝青薄膜厚度為3.2 mm，放入干燥器中冷卻至室溫，將盛樣皿放入烘箱中準備紫外老化試驗。試驗用紫外燈放置在試件上方15 cm左右的位置。其試驗設(shè)備如圖2所示，試驗方案如表3所示。

　　2 試驗結(jié)果及分析

　　2.1 常規(guī)試驗結(jié)果與分析

　　按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中T 604-2011、T 606-2011、T 605-2011的要求，測試紫外老化后橡膠改性瀝青試樣的針入度、延度、軟化點三大指標。試驗結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3可知，在同一溫度條件下，隨著光照時間的延長，橡膠瀝青針入度和延度總體上呈下降趨勢，軟化點呈上升趨勢。這主要是由于瀝青在紫外線作用下內(nèi)部不飽和的C=C雙鍵遭到破壞，同時瀝青中飽和分、芳香分等組分的官能團被破壞，瀝青吸收紫外光線而發(fā)生吸氧老化反應(yīng)[21]，瀝青變硬。同時由于波長在100～400 nm之間的紫外線光量子能級較高，而橡膠瀝青中化學(xué)鍵的鍵能較小，橡膠在紫外老化過程中發(fā)生了降解，交聯(lián)密度下降，輕質(zhì)組分減少，重質(zhì)組分增加。

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