图2-2JQ-500型高速剪切混合乳化机

高粘改性沥青(Highviscositymodifiedasphalt)按高粘改性剂掺量0%、8%、12%和沥青类型分别命名为70#、70A8、70A12（70#基质改性沥青）以及SBS、SA8、SA12（SBS改性沥青）。

2.2高粘改性沥青老化方法

2.2.1热氧老化

（1）短期老化

本文采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）模拟沥青在短期老化过程中的热氧老化。把制备好的高粘改性沥青倒入盛样瓶，每瓶35±0.5g，然后放入事先在163℃下保温16h的薄膜烘箱中进行老化。仪器设定：老化时间为85min，环形架转动速度为15r/min，热空气流入速度为4000ml/min。到达时间后，立即逐个取出盛样瓶，将试样倒入洁净容器中混匀，以备进行后续实验。如图2-3所示。

图2-3旋转薄膜烘箱及样品

（2）长期老化

本文采用压力老化试验（PAV）模拟沥青在实际服役过程中受环境而发生的长期老化。沥青压力老化试验箱采用天津港源仪器厂生产的PAV-1型压力老化箱，对沥青进行长期老化，试验仪器如图2-4所示。计取50g±0.5g短期老化后的沥青残留物倒入老化盘中（如图2-4所示），再将老化盘放入PAV老化箱中老化20h。试验过程中温度保持在100℃,老化箱内部压强控制在2.1MPa±0.1MPa。

2.2.2紫外老化

采用紫外光加速耐候试验机老化箱对沥青模拟紫外老化。将50g样品平铺在老化盘中，形成2mm厚度的薄膜，放置于老化箱内，使用荧光紫外灯照射，光波长340nm，暴露温度60℃,凝露温度50℃,老化程序设定为紫外光暴露8h，凝露4h为一循环。各沥青样品设置紫外老化历时为8h、24h、48h、64h，紫外老化箱及老化后沥青样品状态如图2-5所示。

图2-5紫外老化试验箱及样品

2.3高粘改性沥青常规性能试验

2.3.1沥青软化点试验

（1）试验方法

软化点反映沥青黏度和高温稳定性及感温性。沥青软化点试验采用环球法，将装有试样的试样环连同试样底板置于5℃士0.5℃水的恒温水槽中至少15min；同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于相同水槽中。在5℃的蒸馏水中加热，使杯中水温在3min内调节至维持每分钟上升5℃±0.5℃,记录沥青软化点试验结果。

（2）结果与分析

试验结果如图2-6所示。

图2-6沥青软化点：（a）70#改性沥青；（b）SBS改性沥青

由图2-6可知，高粘改性沥青在短期老化、长期老化和紫外老化后，其软化点均增大。高粘剂的掺入，增大了沥青的软化点，且随高粘剂掺量增加而增大。在长期老化中，高粘改性沥青的软化点均出现减小的现象。有研究表明，聚合物沥青老化主要有三个过程：聚合物的降解、聚合物相结构的破坏和基沥青的氧化。短期老化和紫外老化中，沥青样品表现为软化点增高，表明沥青主要是以基沥青的氧化为主导，生成大量含氧极性分子，导致软化点增大。但增加幅度缓慢，是由于高粘剂与沥青分子相互交联、裹附，阻挡了氧分子等极性官能团的进入和反应。在压力老化中，随着老化程度的加深，高粘剂发生降解和相结构的破坏，导致改性沥青的高温稳定性降低，表现为软化点降低。

由图2-6（a）可知，对于70#基质沥青及其高粘改性沥青，随着紫外老化时间的增大，其软化点呈增大趋势，但增大速度较为缓慢。70#基质沥青长期老化后，其软化点最大，老化最为严重。由图2-6（b）所示，相比于70#改性沥青，SBS改性沥青的软化点较高，高温稳定性较好。短期老化和紫外老化中，沥青软化点增加幅度较小，表明基沥青发生轻微氧化，紫外老化随时间增加，基沥青氧化程度加深。长期老化中，SBS沥青软化点显著提高，表明沥青中基沥青大幅度发生氧化。SA8沥青和SA12沥青在短期老化和压力老化中，软化点出现降低的现象。短期老化对高粘剂的相结构破坏或降解其实较小，更多的原因来自高粘剂与沥青分子出现不相容现象，导致沥青软化点下降。SA8沥青和SA12沥青在紫外老化中软化点仍随紫外照射时间增长而增加，主要还是基沥青的氧化为主导。

老化前，70#沥青软化点小于SBS沥青。随着高粘剂掺量的提高，70#高粘改性沥青和SBS高粘改性沥青软化点值均明显大幅上升，且表现出掺量越高，软化点参数越大。且相同高粘剂掺量的两种沥青，SBS高粘改性沥青软化点均高于70#高粘改性沥青。表明SBS沥青高温性能优于70#基质沥青，高粘剂的掺入，显著提高了沥青高温稳定性。

2.3.2沥青针入度试验

（1）试验方法

沥青针入度试验测定沥青针入度反映沥青软硬程度和稠度，抵抗剪切破坏的能力以及确定沥青标号。将试样放置于室温15-30℃中1.5h以上，再放入25℃的恒温水槽1.5h以上，然后进行针入度试验。

（2）结果与分析

针入度试验结果如图2-7所示。

图2-7沥青针入度：（a）70#改性沥青；（b）SBS改性沥青

由图2-7所示，高粘改性沥青在短期老化、长期老化和紫外老化中，其针入度值均减小，表明沥青随老化程度加深，沥青硬度和稠度提升。高粘剂的掺入，减小了沥青针入度，且随高粘剂的掺量增加而减小，表明高粘剂的显著提升了沥青的粘度和抗剪切能力。三种老化相比较，紫外老化对高粘改性沥青的针入度影响较小，但仍随紫外老化时长增加，针入度减小，但减小速度缓慢；短期老化对沥青针入度的影响高于紫外老化64h；压力老化使高粘改性沥青的针入度减小最多，沥青老化程度最为严重。

由图2-7（a）可知，70A8沥青和70A12沥青在3种老化中针入度减小程度均小于未老化，表明高粘剂的掺加提高了沥青抗老化能力。由图2-7（b）可知，SBS改性沥青与70#基质沥青，但未老化前SBS沥青的针入度均小于70#沥青，表明沥青粘度更好，抗剪切能力越好。紫外老化后的SBS沥青针入度均大于短期老化和长期老化，表明紫外老化对沥青针入度影响小于短期老化和紫外老化。SBS高粘改性沥青在3种老化条件下，针入度减小幅度均小于基质沥青，也证明了高粘剂对SBS沥青的抗老化能力显著提升。

根据式（2.1）所示，计算各沥青样品的残留针入度（RP）评价沥青的低温抗裂性、抗剪切变形能力和抗老化性，计算结果如图2-8。

其中，RP为残留针入度，ΔP1为老化后的针入度，ΔP2为老化前的针入度。

图2-8沥青残留针入度比：（a）70#改性沥青；（b）SBS改性沥青

如图2-8（a）所示，70#基质沥青在紫外老化中，RP值最大，且随紫外老化时长成反比，压力老化中，RP值最小，表明紫外老化对70#沥青的针入度影响最小，压力老化影响剧烈。在掺加高粘剂后，70#改性沥青的RP值均有所提升，充分验证了高粘剂的掺入，减小了老化对沥青针入度的影响，提高了沥青的抗老化性能。但70#沥青在紫外老化中，70A8沥青的RP值在紫外24h后出现大于70A12的RP值，表明高粘剂的掺量高低与性能关系不是线性增加关系，更应该考虑整个沥青胶体体系相容性问题，12%高粘剂在70#沥青胶体体系中出现不相容状态，导致抗老化性能降低。

图2-8（b）所示，SBS沥青与70#沥青结论相仿，紫外老化对沥青针入度影响较小，压力老化影响剧烈。高粘剂的掺加SBS沥青的抗老化性能，但在紫外老化中，SA8沥青的抗老性能更优于SA12沥青，更证明了研究沥青相容性变化与不同老化之间的规律的必要性。

2.3.3沥青延度试验

（1）试验方法

沥青延度用于反映沥青的塑性变形能力及低温抗裂性能。按照规程制备试样，在室温冷却1.5h后，将试件连同底板移入延度仪15℃水槽中，启动延度试验仪，并注意观察试样的延伸情况，记录试验结果。

（2）结果与分析

沥青延度试验结果如图2-9所示。

图2-9沥青延度：（a）70#改性沥青；（b）SBS改性沥青

由图2-9（a）可知，70#沥青延度在三种不同老化条件下均减小，其中在短期老化中，延度减小幅度最小，压力老化中，延度大幅降低，紫外老化中，随紫外照射时长增加与延度成反比。表明老化使沥青的塑性降低，低温抗裂性能变差，且其中压力老化对沥青延度影响最大。掺加高粘剂改性后，70A8沥青和70A12沥青延度均出现降低，表明高粘剂的掺入降低了沥青的塑性和低温抗裂性能。

图2-9（b）可知，SBS沥青延度在三种老化条件下均减小，其中压力老化对沥青延度影响最大，延度降低最多。但在掺加高粘剂后，SA8沥青的延度有小幅度增加，SA12沥青小幅度降低，表明高粘剂对SBS延度影响不大。SA8沥青和SA12沥青在紫外老化8h和24h中，SA8沥青的延度大于SA12沥青，48h和64h后，SA12沥青延度大于SA8沥青。表明高粘剂掺量与延度变化非线性关系，更多的是沥青胶体体系相容性的影响。

根据式（2.2）所示，计算残余延度比（RD）评价各沥青样品在不同老化条件下抵抗老化能力，结果如图2-10所示。

其中，RD为残留延度，ΔD1为老化后延度，ΔD2为老化前的延度。

图2-10残留延度比：（a）70#改性沥青；（b）SBS改性沥青

由图2-10（a）可知，70#沥青RD值随紫外老化时长增加而减小，长期老化中沥青的RD均降到最小值，表明长期老化对沥青延度影响最严重，与上述结论一致。在掺加高粘剂后，在短期老化和长期老化中，沥青的抗老化能力都与高粘剂掺量成正比，在紫外老化24h，70A8沥青的RD值大于70A12沥青，表明高粘剂能够降低老化对沥青延度影响，在紫外老化中，胶体相容性出现问题，导致掺量并不能与性能优劣成正比。

图2-10（b）可知，SBS沥青RD值变化与70#沥青变化规律相仿，在紫外24h中，SA8沥青的RP值大于SA12沥青，在48h紫外老化中，SA8沥青和SA12沥青的RP均有小幅度回升，表明紫外老化对高粘剂和SBS沥青胶体结构有明显影响。

2.4  小结

本章通过沥青常规性能试验（软化点、针入度、延度）分别探究了以70#沥青 和 SBS 沥青为基沥青的掺加不同比例（8% 、12%）的高粘改性沥青的基本性能和 不同老化情况下（短期老化、长期老化、紫外老化）沥青老化特性。通过常规性 能试验对比分析两种沥青在老化后宏观性能变化，主要结论如下：

（1）高粘剂的掺入可以显著提升 70#沥青和 SBS 沥青的高温稳定性、抗剪切 变形能力、抗老化性。在未老化状态下高粘剂掺量越高，性能越好，其中 SBS 改 性沥青性能更优于 70#改性沥青。

（2）在短期老化和紫外老化中，70#沥青和 SBS 沥青软化点均小幅上升，主 要原因为基沥青发生氧化；长期老化后沥青软化点下降，主要是高粘剂降解导致。

（3）紫外老化对沥青的针入度和延度影响区别于短期老化和长期老化，对高 粘剂改性沥青，紫外老化时长沥青对针入度、延度和高粘剂掺量处于非线性规律。

（4）高粘改性沥青常规性能在不同老化条件下，与高粘剂掺量无明显规律， 高粘改性沥青的胶体相容性影响其宏观性能，需要深入探讨和研究。