沥青高温流变性能对紫外老化的敏感性分析

[摘 要]文章对沥青高温条件下的流变性能对紫外线老化的敏感性进行了分析，研究结果认为利用DSR能够有效的分析其敏感性。

[关键词]动态剪切流变仪;相位角;复数剪切弹性模型

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0186-01

0引言

在振动荷载的作用下，沥青流变性能受粘弹性影响，与静载时存在着很大的差异。动态剪切流变仪（DSR）其所施荷载是正弦的荷载，该设备利用强制振动的方法模拟路面的实际承受反复作用交通荷载。当温度较低时，在荷载的作用下沥青表现为虎克弹性体。同时在周期性的交变变形的作用下，虎克弹性体应力和应变可视为同步的，也就是相位差等于零，剪应力和剪应变的比值称之为剪切弹性模量。当温度较高时，沥青类似于黏性液体，可以认为其基本上没有恢复变形以及回弹能力，同时在周期性的应变作用之下，其必定会产生相同的周期应力的动态响应，不过值得注意的是二者并不是同步，其峰值出现后迟后四分之一个周期，也就是相位差等于π/2。所以在实际的环境当中，沥青所处的环境在高温和低温之间，所以此时的沥青既不是完全的虎克弹性体或者牛顿粘性体，沥青的相位角介于0

本文所采用的设备是MALVERN 生产的GeminiⅡ型动态剪切流变仪。试验中温度扫描试验使用的温度范围在25℃-65℃之间，荷载的作用频率是10rad/s。采用老化方式、温度、老化时间做参变量，选择90#基质沥青余SBSI-C改性沥青采用不同的条件下测量相位角、复数模量和车辙因子（表征沥青高温性能），进行沥青流变学性能与紫外线老化时间之间的关系研究。

1 90#基质沥青动态剪切流变研究

粘弹性材料，相位角δ的滞后性是实验材料的粘性成分的影响造成的，其大小反映了粘弹性材料中粘性和弹性成分之间的比例与影响程度。相位角数值越大，表征沥青中粘性的成分所占的比例就越大。研究对90#基质沥青进行了相位角的测试，所用对不同老化方式、老化时间和温度的条件下分别测试，测得其对沥青相位角的影响规律，试验过程中温度的扫描范围是25℃-65℃。从试验结果可以得出，90#基质沥青相位角值随着温度的升高而呈现出增大的势头，原样沥青在全部温度区间内的相位角是最大的，UV紫外老化96小时和128小时后的沥青试样的相位角值是最小的，并且两者的大小较为接近。从试验结果中可以看出，在25℃-45℃的温度区间范围内，沥青的相位角变化的幅度相对较大，这是由于在该温度段内，沥青的粘弹性表现的十分显著，老化后沥青的这种现象更加显著。当温度大于45℃以后，沥青相位角开始逐渐增大，同时趋于平缓，从研究过程的数据中可以看出，在50-65℃的温度区间以内，沥青的相位角大小排序是：UV0>UV32>UV64>PAV>UV96>UV128，这和老化的方式对沥青的针入度的影响的趋势是基本一致的。

复数剪切弹性模量G*是在动态荷载的作用下，应力和应变比值，是涌来表征沥青的动态粘弹性的重要参数之一。本文对90#基质沥青进行了复数剪切弹性模量的测试，对不同老化方式、老化时间和温度的条件下分别测试沥青复数剪切弹性模量的影响规律，温度扫描的范围是25℃-65℃。从试验结果可以得出，沥青复数剪切弹性模量G*是随温度的升高而减小的，原样沥青在相应的温度区间内的复数模量是最小的，25℃时的UV老化96小时沥青的复数剪切弹性模量G*是最大的，其次是UV128小时紫外老化与PAV老化。在温度区间25℃-45℃内，沥青的复数剪切弹性模量G*的变化幅度相对较大，这和相位角的变化规律是基本一致的。

在50-65℃的温度区间内，不同的老化条件下的沥青的复数剪切弹性模量G*的变化规律如下：在该温度的区间内可以很好的区分沥青的不同老化程度，沥青的复数剪切模量G*的大小排序是：UV128>UV96>PAV>UV64>UV32>UV0，在该温度的区间内复数模量越大，沥青的老化程度就越大。

2 改性沥青的动态剪切流变研究

国内外对于改性沥青的紫外线老化后动态剪切的流变性能研究相对较少，本文利用对DSR对SBS-2原样的沥青与老化试样相位角δ以及其动态剪切弹性模量G*进行分析研究，研究紫外线老化对于改性沥青的动态剪切流变性能的影响。通过对SBS-2改性沥青在不同老化时间、老化方式以及温度下相位角的变化，得到相应的结论，试验研究的温度区间是40-65℃，通过分析试验结果可以看出，在所有的整个温度的区间内，改性沥青相位角的整体趋势是变大的，可以认为这种变化趋势与90#基质沥青是基本一致的;当试验的温度是40℃时，改性沥青的相位角大小排序为：UV0>PAV>UV32>UV64>UV128>UV96;当温度在40-55℃之间时，改性沥青的相位角变化相对较大，UV32小时紫外老化以及PAV老化沥青相位角较大，甚至是超过未老化时的改性沥青相位角;随着温度的持续升高，相位角变化的趋势也逐渐的趋于稳定，分析试验结果可以看出，当在55-65℃的温度区间内时，相位角大小排序为：UV32>UV0>UV64>PAV>UV96>UV128，也就是紫外老化的初期（UV32小时），改性沥青的相位角增大，随着老化程度的继续增加，沥青的相位角逐渐减小，这和基质沥青老化后相位角变化趋势不同，规律不一致。

分析不同的老化方式、老化的时间和温度对改性沥青的复数模量G*的影响试验结果，不难看出，改性沥青复数剪切弹性模量G*值随温度增大而发生减小，在温度为50℃时，改性沥青G*大小排序是：UV128>UV96>PAV>UV32>UV64>UV0，当温度为65℃时，改性沥青G*大小的排序是：UV128>UV96>PAV>UV64>UV32>UV0。随着老化程度的增加，改性沥青的复数剪切弹性模量逐渐增加，且紫外老化96小时的复数模量要大于PAV的老化复数模量，这表明，紫外线老化对于改性沥青的体系破坏作用显得更为剧烈。

3 结论

通过对基质沥青与改性沥青动态剪切流变性能的分析，不难得出，可以采用DSR试验在高温段（即>50℃）相位角δ和动态剪切弹性模量G*来表征沥青的老化后性能的变化规律;紫外线老化相对于PAV老化对基质沥青与改性沥青的流变性造成的影响显得更大;不同老化方式与紫外线老化的时间对改性沥青性能影响比基质沥青显得更为复杂，这说明，对沥青的相关的改性剂后，改性沥青的胶体的体系发生了变化，短期的老化有可能会促使有关的聚合物亚结构分解成较小共聚物，这有能助于提高的聚合物改性沥青的相关性能。

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