2013年8月#综述#石油沥青PETROLEUMASPHALT
第27卷第4期
SBS改性沥青老化研究现状综述曹青霞-(1.重庆交通大学,重庆如加74;2,何兆益-,李庆,中铁二十局集团第六工程有限公司,西安71016)
摘要:基于国内外部分关于SBS改性沥青老化研究报道,分别从热老化!紫外光老化!水老化的角度分析了SBS改性沥青的老化行为"通过常用的宏观指标(常规指标!SHRP指标)和微观指标(红外光谱!凝胶色谱图)分析表明:SBS改性沥青在热氧!紫外线和水的作用下,均会导致基质沥青和SBS改性沥青的老化,紫外线的老化作用比热氧的老化作用更加明显,但是对水老化的研究还处在起步阶段,在今后的研究中要引起足够的重视"关键词:SBS光老化热老化水老化再生
SBS是指由苯乙烯(S)一丁二烯(B)-苯乙烯(S)的嵌段共聚物,SBS之所以能够很好的改善沥青的高低温性能,主要是由于其中的S段由聚苯(撑)组成,这种大共扼体系中二电子云没有轴对称性,不能内旋转,所以分子链的刚性极大,在高温下不易变形,从而提高沥青的高温性能川"同时,sBs中的B段是丁二烯的聚合物,这种主链上由C一C单键组成的高分子,柔顺性非常好,在低温下具有一定的弹性和流动性,因此可以改善沥青的低温抗裂性"SBS改性沥青以其优异的性能,在世界范围内得到广泛的应用,其在上面层的使用率约为80%,而中面层的使用率也占了30%左右"但是随着道路使用,很多改性沥青混凝土道路已经达到了其使用年限,并且在大气作用下发生了不同程度的老化,马上面临着大修和改建"因此,笔者在阅读大量的国内外文献的基础上,总结了SBS改性沥青在不同的老化条件下各方面性能发生的变化,以便更好地认识改性沥青的老化机理,在此基础上提出一些开发改性沥青再生剂的观点"1老化SBS改性沥青的研究沥青的老化是指沥青从炼油厂被炼制出来后,在贮存!运输!施工及使用过程中,由于长时间地暴露在空气中,在环境因素如受热!氧气!阳光和水的作用下,发生一系列的挥发!氧化!聚合,乃至沥青内部结构发生变化,同时发
生性质!结构变化,导致路用性能劣化的过程"因此,很多研究都是从导致沥青老化的几个因素(光!热!水)出发,在实验室通过模拟自然条件来研究沥青的老化过程,其中研究最多的是沥青的热老化,紫外光老化后来也得到很多研究者的重视,水老化研究的相当少些"1.1热老化作用下的研究沥青的热老化是最早引起国内外研究者的重视,也是目前研究沥青老化比较成熟的一个领域"目前对于沥青老化的模拟,国际上主要采用薄膜烘箱试验!旋转薄膜烘箱试验(TFOT!RT-FOT)和压力老化试验(PAv)分别模拟短期老化和长期老化"1969年STM将TFOT确立为模拟短期老化的标准试验方法"RTFOT试验在1959年首次由加利福尼亚公路分局提出,1970年,ASTM将RTFOT作为标准试验方法"xiaohuLu[.]等通过红外光谱研究发现,sBs虽然不能阻止沥青老化过程中碳基的生成,但是,老化后改性沥青的流变性能优于基质沥青"cortizo1.]等用凝胶过滤层析研究了不同结构和分子量的SBS热分解对改性沥青物理和流变性能的影响,来评价改性剂分解对改性沥青的性能影
收稿日期:2013一03一29"作者简介:曹青霞,女,1988年出生,甘肃陇西人,硕士研究生,主要研究方向为路面材料的改性"E一mal:928374392@qq-eomo基金项目:国家自然基金(E080703)石油沥青2013年第27卷响"结果表明:老化后大分子物质和强极性化合物(碳基和梭基)的含量增加"MotoyuldSuga-n"[42等在研究中同样得出这个结论,同时发现沥青中的轻组分(芳香分)促进SBS的降解,而沥青质能抑制SBS的降解"应荣华!郑健龙1.2通过RTFOT对沥青进行短期老化,然后再用PAv对热老化后的沥青进行不同时间的老化,然后对不用老化程度的沥青进行常规性能的测试,以及不用温度下的豁度!蠕变劲度和蠕变变化速率!动态豁弹性参数的试验,拟定了藕合PAv老化时间:的沥青勃度方程,首次提出了沥青藕合老化的概念"陈华鑫等1/2采用RTFOT和PAv对4种SBS改性沥青进行老化,并借助红外光谱(Plq,R)试验和凝胶色谱渗透(GPC)试验,分析了SBS改性沥青的老化机理,结果表明:SBS改性沥青的老化是由基质沥青的氧化硬化和SBS老化降解共同作用的结果"从艳丽1.]采用TFoT和PAv,考察了稳定剂和胶粉对SBS改性沥青老化规律的影响,利用钻温曲线!红外光谱和荧光显微镜分别研究了沥青老化后的温度敏感性和显微性质的变化"原健安E.J以胜利100号沥青为例,按重均分子量M将沥青组分划分为三个部分:M<4000,M=4000一1000,M>10000(或M>30000),研究温度变化对沥青老化性能的影响,结果如图l所示:小分子量在lro一120e时急剧减小,大分子量在140e开始快速增加"因此,胜利100号在110一120e时小分子组分开始挥发,从140e开始,小分子之间发生聚合反应,导致大分子分子
量增加,沥青质含量增加"
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图1组分含量一老化温度关系曲线1.2紫外光条件下的老化研究沥青材料主要是由碳!氢!氧!氮等元素组成的有机高分子材料"沥青材料受到紫外线辐射后,它的C一H,C一C,C=C键断裂,生成了自由基R+,R十与O:反应,生成ROO+"KemP[98等研究发现,紫外光使沥青薄膜表层5-10协m发生硬化"Tia[.0]对沥青混合料热氧化与
紫外光老化相结合的方法模拟其在使用过程中的长期老化,提出虽然沥青混合料的老化只发生在表面,但紫外光老化是沥青混合料老化的主要原因"王吉生!王旭东1川采用正交试验的方法,系统地研究了沥青光老化过程中光和热两个因素分别对光老化过程的影响程度,并引人贡献率指标将各个因素所起的作用以量化的的形式进行表第4期曹青霞等.SBS改性沥青老化研究现状综述现"徐鸥明102等通过对克拉玛依重交通90号(KLMgO号)沥青和SBS改性沥青进行紫外光老化对比试验,研究发现不管是基质沥青还是改性沥青,紫外光老化过程中的碳基官能团吸收峰(1704cm一.)强度变化比亚矾基官能团的吸收峰(10咒cm一.)的明显"图2为碳基及亚矾吸收峰强度与紫外线老化时间的关系曲线"由图2可见,克拉玛依90号沥青在紫外光老化过程中碳基和亚枫基的变化出现先增加后减小的趋势,而对于SBS改性沥青从开始老化至240h碳基和亚矾基的变化比较小,继续老化至720h变化比较明显,随后变化趋于平缓"总体来讲,克拉玛依90号沥青在24Oh就发生深度老化,而SBS改性沥青在1Zooh才发生深度老化,可见SBS改性沥青的耐紫外光老化的性能明显强于基质沥青"魏荣梅等1-32在较高的温度下对两种基质沥青(AH一70!AH一90)进行了紫外光老化,研究发现,两种沥青的饱和分!芳香分和沥青质的变化趋势基本相同,均表现为饱和分含量变化很小,芳香分含量显著降低,沥青质含量显著增大,而两种沥青的胶质含量变化有明显的差异"涂娟等[-4]在试验中得出同样的结论,见表1"何燕!周维10一01等将sBs改性沥青在高温!光氧作用下进行了对比性试验,结果发现:SBS改性沥青在老化后出现了梭基和亚枫基,其软化点增加,针人度减小,低温延度降低,缩短了路面使用性能"0.220.200180.160.140.120100.08
十KIJM90号1704/14611*SBS改性1704/14611
+KIM90号1032/14611十SBS改忆I三1032/14611
兰仁誉
0.06}02404807209601200
紫外线老化时I.li]/h
图2拨基及亚矾吸收峰强度与紫外线老化时间的关系
表1国创I一D级SBS改性沥青老化前后四组分分析试样沥青质,%饱和分,%芳香分,%胶质,%SBS改性沥青热老化后紫外辐射16d(2个月)紫外辐射24d(3个月)
14.06126846.3626.90巧.9912.49闷49826.5417.3312.49月4.6825.5017.5212.60月4.3925.49
},有水分作用}1,无水分影响}
逆纽(屹瑞口\如勺1.3水老化条件下的研究Cha币"Duhaut1.82等研究了雨水冲洗对沥青性能的影响,并进行丁GC一MS(气相色谱一质谱联用仪)分析,结果表明:水洗导致巧个碳原子以下小分子物质减少"杨小莉[.9]认为水的
pH值对沥青中的沥青质!酸性分的油一水界面张力影响很大,水是造成沥青老化的重要因素之
一,图3为水对沥青老化作用的影响曲线"吕伟民1./]认为在雨水的作用下,沥青中的可溶性物
质被冲洗掉,会造成沥青的老化变质"李海军!黄晓明12,2提出了在室内沥青长期老化模拟试验中,应该考虑水分条件来提高对沥青老化模拟的准确度"从对沥青SHRP高温性能指标的影响程度来讲,水分的加人可以缩短沥青压力老化试验时间sh以上"
1七一PSR一尸101之4P151之尸20沥青老化时间
图3水对沥青老化作用的影响
2结语a)SBS改性沥青在热氧!紫外光和水的作用下均会发生老化反应,表现为轻质组分(芳
香分)的挥发,小分子量的物质发生聚合反应导致大分子(沥青质)的含量增加,软化点升