一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法

技术领域

本发明涉及道路工程用参数确定方法，具体是一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法。

背景技术

在道路工程中，路面沥青的老化过程可分为混合料拌合、运输、摊铺、碾压过程中的老化和路面使用过程中的老化，当沥青摊铺碾压完成即可认为其短期老化完成。我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2001)中采用沥青薄膜加热试验(T0609-2011)、沥青旋转薄膜加热试验(T 0610-2011)对沥青进行短期老化，测定薄膜加热后残留物的针入度、延度、软化点、黏度等性质的变化，以评定沥青的耐老化性能。其中，短期老化的试验温度、老化时间等试验参数是基于普通沥青混合料在常规生产过程中的温度和时间提出的。

然而实践表明，现有短期老化试验参数在应用于SBS改性沥青的测定时存在以下问题：由于SBS改性沥青的成分、生产、施工工艺与普通沥青存在较大差别，且SBS改性沥青混合料的拌和、摊铺、碾压等施工环节的温度远远高于普通沥青混合料，若采用基于普通沥青混合料施工条件提出的短期老化试验方法显然与改性沥青现场施工条件不符，导致室内短期老化模拟出来的SBS改性沥青的老化程度必然与现场没有相关性，这会造成路面改性沥青老化程度的误判，甚至会造成路面耐久性设计失误。基于此，有必要设计一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，用于确定适用于特定SBS改性沥青的短期老化试验参数，并用该试验参数精准评价SBS改性沥青的耐老化性能，及时了解改性沥青路面的老化状况，为沥青路面养护决策方案的制定提供依据。

发明内容

本发明为了解决现有短期老化试验参数在应用于SBS改性沥青的测定时室内短期老化模拟出来的老化程度与现场老化程度没有相关性的问题，提供了一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，该方法采用如下步骤实现的：

S1：SBS改性沥青的取样：从施工现场取SBS改性沥青样品，得到原样；

S2：原样的室内老化：用步骤S1中所取的原样制备七份检测样品，并将各个检测样品放入薄膜加热烘箱进行薄膜加热试验，得到薄膜加热后的残留物，七份检测样品的试验温度均为180℃，七份检测样品的老化时间t分别为85min、180min、270min、300min、360min、450min、540min；

S3：原样针入度、残留物针入度的测定：测定原样针入度P

S4：SBS改性沥青非线性老化方程的建立：将步骤S2中的老化时间t

P(t)＝(LP

其中，老化时间t的单位为min，原样针入度P

求得常数r、L，由此得到SBS改性沥青非线性老化方程；

S5：SBS改性沥青混合料的取样：从施工现场取拌合、碾压完成的SBS改性沥青混合料；

S6：从SBS改性沥青混合料中回收SBS改性沥青，回收过程是采用如下步骤实现的：

a)用三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料，三氯乙烯的加入量以足以完全溶解SBS改性沥青混合料中的SBS改性沥青为宜，溶解时间为12h-20h，得到SBS改性沥青的三氯乙烯溶液；

b)将SBS改性沥青的三氯乙烯溶液使用离心式抽提仪进行离心，离心时施加相对离心加速度7000G，离心时间大于等于30min，由此去除SBS改性沥青的三氯乙烯溶液中的矿粉，得到抽提液；

c)首先将抽提液倒入洁净的蒸馏烧瓶中，接着用少量三氯乙烯清洗抽提液容器，并将清洗液倒入蒸馏烧瓶中，然后在蒸馏烧瓶加入20颗粒径为3mm的玻璃珠；最后将蒸馏烧瓶连接至阿布森法蒸馏装置；

d)对蒸馏烧瓶进行加热，当提取液开始沸腾时，调节油浴加热器的加热温度，使提取液的蒸馏回收速度保持为6ml/min-10ml/min；当提取液的温度达到135℃时，打开通气阀，向下伸入CO

e)当提取液的温度达到157℃-160℃时，调节CO

f)当冷凝管内无液滴滴下时，保持CO

S7：回收SBS改性沥青针入度的测定：测定回收SBS改性沥青针入度P

S8：SBS改性沥青短期老化试验参数的确定：将步骤S7中测量得到的回收SBS改性沥青针入度P

本发明中，步骤S1中SBS改性沥青的取样方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0601-2011沥青取样法执行；步骤S2中薄膜加热试验的操作方法和步骤S3、步骤S7中针入度的测定方法均参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)执行；步骤5中SBS改性沥青混合料的取样方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0701-2011沥青混合料取样法执行；步骤S6中阿布森法蒸馏装置的连接方式及要求参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T 0726-2011从沥青混合料中回收沥青的方法(阿布森法)执行。

本发明中选取针入度指标建立了SBS改性沥青非线性老化方程，选取原因如下：一般地，SBS改性沥青的针入度、延度路用性能物理性能指标与老化条件有较好的规律性，考虑到延度沥青用量较大，将增加沥青抽提回收试验工作量，增大人为操作误差。因此，选取针入度为指标建立SBS改性沥青非线性老化方程，进而提高了本方法确定的SBS改性沥青短期老化试验参数的准确性。

本发明中对回收SBS改性沥青的试验条件及步骤进行了优化，其一：因SBS改性沥青的溶解速度较普通沥青慢，本发明延长了SBS改性沥青混合料的溶解时间，确保SBS改性沥青能够完全溶解，提高了回收SBS改性沥青的回收率；其二，对SBS改性沥青的三氯乙烯溶液的离心抽提的条件进行了优化，确保矿粉能够完全分离并去除；其三，对蒸馏过程中CO

步骤S8中，在计算得到回收SBS改性沥青的老化时间T后，对该老化时间T采用就近取整处理得到取整后的老化时间T

该取整处理方便SBS改性沥青短期老化试验的标准化操作。

步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8中均设置平行样，平行样的数量为八组；步骤S8中对八组平行样的回收SBS改性沥青的老化时间T

八组平行样提高了本方法确定的SBS改性沥青短期老化试验参数的准确性，减小了回收试验操作误差对SBS改性沥青短期老化试验参数准确性的影响。

步骤S6中，三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料采用常温下搅拌溶解的方式。

本发明提供了一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，最大限度模拟了SBS改性沥青混合料现场施工条件，解决了现有短期老化试验参数在应用于SBS改性沥青的测定时室内短期老化模拟出来的老化程度与现场老化程度没有相关性的问题，利用该方法确定的SBS改性沥青短期老化试验参数，可精准评价SBS改性沥青短期老化性能，及时了解改性沥青路面老化状况，为沥青路面养护决策方案的制定提供依据。

具体实施方式

实施例1

一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，该方法采用如下步骤实现的：

S1：SBS改性沥青的取样：从施工现场取SBS改性沥青样品，得到原样；

S2：原样的室内老化：用步骤S1中所取的原样制备七份检测样品，并将各个检测样品放入薄膜加热烘箱进行薄膜加热试验，得到薄膜加热后的残留物，七份检测样品的试验温度均为180℃，七份检测样品的老化时间t分别为85min、180min、270min、300min、360min、450min、540min；

S3：原样针入度、残留物针入度的测定：测定原样针入度P

S4：SBS改性沥青非线性老化方程的建立：将步骤S2中的老化时间t

P(t)＝(LP

其中，老化时间t的单位为min，原样针入度P

求得常数r、L，由此得到SBS改性沥青非线性老化方程；

S5：SBS改性沥青混合料的取样：从施工现场取拌合、碾压完成的SBS改性沥青混合料；

S6：从SBS改性沥青混合料中回收SBS改性沥青，回收过程是采用如下步骤实现的：

a)用三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料，溶解方式为常温下搅拌溶解，三氯乙烯的加入量以足以完全溶解SBS改性沥青混合料中的SBS改性沥青为宜，溶解时间为12h，得到SBS改性沥青的三氯乙烯溶液；

b)将SBS改性沥青的三氯乙烯溶液使用离心式抽提仪进行离心，离心时施加相对离心加速度7000G，离心时间为30min，由此去除SBS改性沥青的三氯乙烯溶液中的矿粉，得到抽提液；

c)首先将抽提液倒入洁净的蒸馏烧瓶中，接着用少量三氯乙烯清洗抽提液容器，并将清洗液倒入蒸馏烧瓶中，然后在蒸馏烧瓶加入20颗粒径为3mm的玻璃珠；最后将蒸馏烧瓶连接至阿布森法蒸馏装置；

d)对蒸馏烧瓶进行加热，当提取液开始沸腾时，调节油浴加热器的加热温度，使提取液的蒸馏回收速度保持为6ml/min；当提取液的温度达到135℃时，打开通气阀，向下伸入CO

e)当提取液的温度达到157℃时，调节CO

f)当冷凝管内无液滴滴下时，保持CO

S7：回收SBS改性沥青针入度的测定：测定回收SBS改性沥青针入度P

S8：SBS改性沥青短期老化试验参数的确定：首先将步骤S7中测量得到的回收SBS改性沥青针入度P

步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8中均设置平行样，平行样的数量为八组；步骤S8中对八组平行样的回收SBS改性沥青的老化时间T

实施例2

一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，该方法采用如下步骤实现的：

S1：SBS改性沥青的取样：从施工现场取SBS改性沥青样品，得到原样；

S2：原样的室内老化：用步骤S1中所取的原样制备七份检测样品，并将各个检测样品放入薄膜加热烘箱进行薄膜加热试验，得到薄膜加热后的残留物，七份检测样品的试验温度均为180℃，七份检测样品的老化时间t分别为85min、180min、270min、300min、360min、450min、540min；

S3：原样针入度、残留物针入度的测定：测定原样针入度P

S4：SBS改性沥青非线性老化方程的建立：将步骤S2中的老化时间t

P(t)＝(LP

其中，老化时间t的单位为min，原样针入度P

求得常数r、L，由此得到SBS改性沥青非线性老化方程；

S5：SBS改性沥青混合料的取样：从施工现场取拌合、碾压完成的SBS改性沥青混合料；

S6：从SBS改性沥青混合料中回收SBS改性沥青，回收过程是采用如下步骤实现的：

a)用三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料，溶解方式为常温下搅拌溶解，三氯乙烯的加入量以足以完全溶解SBS改性沥青混合料中的SBS改性沥青为宜，溶解时间为20h，得到SBS改性沥青的三氯乙烯溶液；

b)将SBS改性沥青的三氯乙烯溶液使用离心式抽提仪进行离心，离心时施加相对离心加速度7000G，离心时间为45min，由此去除SBS改性沥青的三氯乙烯溶液中的矿粉，得到抽提液；

c)首先将抽提液倒入洁净的蒸馏烧瓶中，接着用少量三氯乙烯清洗抽提液容器，并将清洗液倒入蒸馏烧瓶中，然后在蒸馏烧瓶加入20颗粒径为3mm的玻璃珠；最后将蒸馏烧瓶连接至阿布森法蒸馏装置；

d)对蒸馏烧瓶进行加热，当提取液开始沸腾时，调节油浴加热器的加热温度，使提取液的蒸馏回收速度保持为10ml/min；当提取液的温度达到135℃时，打开通气阀，向下伸入CO

e)当提取液的温度达到160℃时，调节CO

f)当冷凝管内无液滴滴下时，保持CO

S7：回收SBS改性沥青针入度的测定：测定回收SBS改性沥青针入度P

S8：SBS改性沥青短期老化试验参数的确定：首先将步骤S7中测量得到的回收SBS改性沥青针入度P

步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8中均设置平行样，平行样的数量为八组；步骤S8中对八组平行样的回收SBS改性沥青的老化时间T

实施例3

一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，该方法采用如下步骤实现的：

S1：SBS改性沥青的取样：从施工现场取SBS改性沥青样品，得到原样；

S2：原样的室内老化：用步骤S1中所取的原样制备七份检测样品，并将各个检测样品放入薄膜加热烘箱进行薄膜加热试验，得到薄膜加热后的残留物，七份检测样品的试验温度均为180℃，七份检测样品的老化时间t分别为85min、180min、270min、300min、360min、450min、540min；

S3：原样针入度、残留物针入度的测定：测定原样针入度P

S4：SBS改性沥青非线性老化方程的建立：将步骤S2中的老化时间t

P(t)＝(LP

其中，老化时间t的单位为min，原样针入度P

求得常数r、L，由此得到SBS改性沥青非线性老化方程；

S5：SBS改性沥青混合料的取样：从施工现场取拌合、碾压完成的SBS改性沥青混合料；

S6：从SBS改性沥青混合料中回收SBS改性沥青，回收过程是采用如下步骤实现的：

a)用三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料，溶解方式为常温下搅拌溶解，三氯乙烯的加入量以足以完全溶解SBS改性沥青混合料中的SBS改性沥青为宜，溶解时间为15h，得到SBS改性沥青的三氯乙烯溶液；

b)将SBS改性沥青的三氯乙烯溶液使用离心式抽提仪进行离心，离心时施加相对离心加速度7000G，离心时间为35min，由此去除SBS改性沥青的三氯乙烯溶液中的矿粉，得到抽提液；

c)首先将抽提液倒入洁净的蒸馏烧瓶中，接着用少量三氯乙烯清洗抽提液容器，并将清洗液倒入蒸馏烧瓶中，然后在蒸馏烧瓶加入20颗粒径为3mm的玻璃珠；最后将蒸馏烧瓶连接至阿布森法蒸馏装置；

d)对蒸馏烧瓶进行加热，当提取液开始沸腾时，调节油浴加热器的加热温度，使提取液的蒸馏回收速度保持为7ml/min；当提取液的温度达到135℃时，打开通气阀，向下伸入CO

e)当提取液的温度达到158℃时，调节CO

f)当冷凝管内无液滴滴下时，保持CO

S7：回收SBS改性沥青针入度的测定：测定回收SBS改性沥青针入度P

S8：SBS改性沥青短期老化试验参数的确定：首先将步骤S7中测量得到的回收SBS改性沥青针入度P

步骤S5、步骤S6、步骤S7、步骤S8中均设置平行样，平行样的数量为八组；步骤S8中对八组平行样的回收SBS改性沥青的老化时间T

实施例4

一种SBS改性沥青短期老化试验参数的确定方法，该方法采用如下步骤实现的：

S1：选取某高速公路施工现场壳牌SBS成品改性沥青，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中沥青薄膜加热试验(T0609-2011)的要求对所选改性沥青进行TFOT老化，试验温度180℃，老化试验时间分别为85min、180min、270min、360min、450min、540min。然后进行25℃针入度、5℃延度、软化点的性能测试，测试的结果如表1所示：

表1实施例4中不同老化条件下SBS改性沥青的老化前后性能指标

由表1可知，SBS改性沥青的针入度、延度等路用性能物理性能指标与老化条件有较好的规律性，而软化点受SBS含量、基质沥青自身性质以及相容性等的影响，变化规律不统一。考虑到延度沥青用量较大，将增加沥青抽提回试验工作量，增大人为操作误差。因此，选取针入度为指标建立SBS改性沥青结合料非线性模拟方程。

S2：SBS改性沥青非线性老化方程的建立：将步骤S1中的老化时间t

P(t)＝(LP

其中，老化时间t的单位为min，原样针入度P

求得常数r＝-0.00145，L＝1.77，获得非线性老化方程如下：

P(t)＝103.899/(1+0.77e

S3：SBS改性沥青混合料的取样：从施工现场取拌合、碾压完成的SBS改性沥青混合料；

S4：从SBS改性沥青混合料中回收SBS改性沥青，回收过程是采用如下步骤实现的：

a)用三氯乙烯溶解SBS改性沥青混合料，溶解方式为常温下搅拌溶解，三氯乙烯的加入量以足以完全溶解SBS改性沥青混合料中的SBS改性沥青为宜，溶解时间为18h，得到SBS改性沥青的三氯乙烯溶液；

b)将SBS改性沥青的三氯乙烯溶液使用离心式抽提仪进行离心，离心时施加相对离心加速度7000G，离心时间为41min，由此去除SBS改性沥青的三氯乙烯溶液中的矿粉，得到抽提液；

c)首先将抽提液350-400ml倒入洁净的500ml蒸馏烧瓶中，用少量溶剂清洗后一并倒入瓶中，放入20颗粒径为3mm的玻璃珠，防止后期加热过程中的暴沸，并按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2001)中T0726-2011要求连接好阿布森回收设备；

d)开始加热烧瓶，当温度达到88～92℃时，溶液开始沸腾蒸发，调节油浴加热器的加热温度，使提取液的蒸馏回收速度保持为9ml/min；当提取液的温度达到135℃时，打开通气阀，向下伸入CO

e)当提取液的温度达到159℃时，调节CO

f)蒸馏终了时停止通二氧化碳和加热，并趁热将蒸馏烧瓶中的回收SBS改性沥青倒入容器中，测试回收SBS改性沥青的针入度。

表2实施例4中抽提回收SBS改性沥青针入度及原样针入度

S5：将步骤S4表2中数据分别代入步骤S2中的非线性老化方程，得到回收SBS改性沥青的老化时间分别为：537.14min、520.17min、562.80min、545.66min、522.99min、537.14min、517.35min、539.98min；将八组平行样的回收SBS改性沥青的老化时间取平均值，计算得到535.40min；该平均值535.40min即为回收SBS改性沥青的老化时间T；为便于试验时间控制，推荐SBS改性沥青结合料的室内老化试验条件控制为：在室内薄膜烘箱180℃条件下放置540min。

S6：选取施工现场原样SBS改性沥青进行室内薄膜烘箱(TFOT)老化试验，试验条件选择所述步骤S5确定的试验条件：在室内薄膜烘箱180℃条件下放置540min，检测老化后SBS改性沥青的针入度指标，并与回收沥青针入度指标进行对比，试验结果见表3。

表3短期老化方法验证试验结果

由表3可知，180℃下薄膜烘箱放置540min，其老化后针入度值与回收沥青的残留针入度十分接近。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定，针入度重复性试验的允许误差小于等于2，而本次验证试验结果与回收沥青的针入度差值均在2以内。考虑到针入度试验及抽提回收试验的自身误差，采用本SBS改性沥青短期老化试验方法老化完成的改性沥青老化程度与沥青施工过程中的短期老化程度相当。

S7：选取待评价SBS改性沥青样品，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的试验步骤进行短期老化试验，试验条件为：老化温度180℃，老化时间540min。老化完成后，测定短期老化后残留物的针入度、延度、软化点、黏度等性质的变化，试验结果见表4。

表4短期老化试验结果