一种SBS改性沥青老化梯度行为的评价方法

一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法
技术领域
1.本发明涉及道路材料技术领域，尤其是一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法。


背景技术：

2.目前对于sbs改性沥青老化的评价方法大都是基于加速老化来评价或者是从路面整体来评价sbs改性沥青的老化程度。但自然老化作用下，sbs改性沥青受到多重因素的影响，其老化行为与加速老化不完全一致。由于sbs改性沥青在自然老化过程中存在梯度行为，若仅以加速老化来代替sbs改性沥青路面整体的老化情况，这将会导致道路设计和维护不合理，因此精确可靠地探明sbs改性沥青老化梯度评价方法是当务之急。


技术实现要素：

3.本发明提供一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法，用于克服现有技术中以加速老化来代替sbs改性沥青路面整体的老化情况而导致道路设计和维护不合理等缺陷。
4.为实现上述目的，本发明提出一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法，包括以下步骤：获取不同使用年限的sbs改性沥青混合料芯样，并对所述sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理，获得不同使用年限、不同层位的sbs改性沥青混合料；设置沥青抽提回收的空白试验，对空白试验中提取回收的沥青和原样沥青进行针入度测试、软化点测试、延度测试和布氏旋转粘度测试，并将提取回收的沥青和原样沥青的测试结果进行对比；若对比结果超过设定的阈值，则重复空白试验直至对比结果小于等于设定的阈值；若对比结果小于等于设定的阈值，则按空白试验的过程分别对同一使用年限、同一层位的sbs改性沥青混合料进行沥青抽提回收；对抽提回收的sbs改性沥青进行若干性能分析测试，包括温度扫描试验、弯曲梁流变仪试验、红外光谱分析和荧光显微镜分析；根据所述若干性能分析测试结果以及空白试验结果，评价sbs改性沥青的老化梯度行为。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果有：本发明提供的sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法是基于回收的自然老化的sbs改性沥青，且考虑到了sbs改性沥青在自然老化过程中存在梯度行为，而对sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理、分层分析，同时本发明的评价方法考虑到沥青回收过程的复杂性而设置了空白试验以降低因操作不规范而造成的试验误差。此外，本发明提供的sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法是从宏观性能和微观性能来综合评价sbs改性沥青在自然老化状态下的梯度行为，这种综合指标来评价sbs改性沥青的梯度行为更加准确、可靠，且评价方法简单易行。因此，通过本发明的评价方法可以准确地反映sbs改性沥青在自然条件下
的老化状态，采用该方法评价的sbs改性沥青老化梯度行为更加可靠。
附图说明
6.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
7.图1为本发明提供的sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法的流程图；图2为sbs改性沥青混合料芯样的实物照片；图3为sbs改性沥青混合料芯样分层后的实物照片；图4为实施例1中sbs改性沥青的复数剪切模量和相位角结果图；图5为实施例1中sbs改性沥青的车辙因子结果图；图6为实施例1中sbs改性剂在上层、中层和下层sbs改性沥青中的分布状态图；其中，a为sbs改性剂在上层sbs改性沥青中的分布状态图，b为sbs改性剂在中层sbs改性沥青中的分布状态图，c为sbs改性剂在下层sbs改性沥青中的分布状态图。
8.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
9.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
10.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
11.无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
12.本发明提出一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法，如图1所示，包括以下步骤：101：获取不同使用年限的sbs改性沥青混合料芯样，如图2所示，并对sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理，获得不同使用年限、不同层位的sbs改性沥青混合料，如图3所示；由于sbs改性沥青在自然老化过程中存在梯度行为，为了更加精确的评价sbs改性沥青的老化梯度行为，本发明将sbs改性沥青混合料芯样分层处理、分层分析。
13.102：设置沥青抽提回收的空白试验，对空白试验中提取回收的沥青和原样沥青进行针入度测试、软化点测试、延度测试和布氏旋转粘度测试，并将提取回收的沥青和原样沥青的测试结果进行对比；原样沥青，是指空白试验采用的沥青样品。
14.103：若对比结果超过设定的阈值，则重复空白试验直至对比结果小于等于设定的阈值；若对比结果小于等于设定的阈值，则按空白试验的过程分别对同一使用年限、同一层
位的sbs改性沥青混合料进行沥青抽提回收；对比结果超过设定的阈值，是指提取回收的沥青和原样沥青的测试结果相差较大。
15.对比结果小于等于设定的阈值，是指提取回收的沥青和原样沥青的测试结果相差较小。
16.104：对抽提回收的sbs改性沥青进行若干性能分析测试，包括温度扫描试验、弯曲梁流变仪试验、红外光谱分析和荧光显微镜分析；105：根据所述若干性能分析测试结果，评价sbs改性沥青的老化梯度行为。
17.在其中一个实施例中，对于步骤101，每个使用年限的sbs改性沥青混合料芯样取10~15个，以确保评价的准确性。
18.在另一个实施例中，对于步骤101，对sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理，包括：利用切割机将所述sbs改性沥青混合料芯样切割成上层、中层和下层，每层厚度为8~12mm。
19.为使获得的sbs改性沥青混合料具有对比性，需对sbs改性沥青混合料芯精确分层。由于切割机对柱形试件切割不够精确，因此对切割机的垫块进行处理，使其能够精确的将sbs改性沥青混合料芯分层。
20.在下一个实施例中，对于步骤102，空白试验包括以下步骤：选取原样沥青及矿粉，制备沥青胶浆，胶浆比为0.8；所述原样沥青为sbs改性沥青；将沥青胶浆溶于三氯乙烯中，静置，直至沥青胶浆中的沥青完全溶于三氯乙烯中；将获得的溶液放入离心机中离心以去除溶液中的矿粉，获得沥青溶液；对沥青溶液进行旋转蒸发，获得提取回收的沥青。
21.在sbs改性沥青的抽提回收过程中，首先需保证旧沥青不发生进一步的老化行为，其次尽可能的去除矿粉和三氯乙烯溶剂，使得回收后的沥青样品可以准确地反映出旧沥青的性能。由于离心分离法操作较为简单，试验过程可重复性较强，误差较小等优点；旋转蒸发法具有操作简单，回收沥青操作简单，不易使旧沥青发生进一步老化等优点，因此本发明采用离心分离法以及旋转蒸发器法来对路面中的沥青进行回收。
22.考虑到沥青回收过程的复杂性而设置了空白试验以降低因操作不规范而造成的试验误差。
23.在某个实施例中，考虑到在离心分离机中获得的沥青溶液含有少量矿粉，因此在对沥青溶液进行旋转蒸发之前，需先对沥青溶液进行除矿粉处理，包括：将沥青溶液置于烧杯中，静置24h；将静置后的沥青溶液取上层2/3溶液置于另一个新的烧杯中，继续静置24h，再取上层2/3溶液，获得纯净的沥青溶液。
24.在另一个实施例中，对于步骤103，按空白试验的过程分别对同一使用年限、同一层位的sbs改性沥青混合料进行沥青抽提回收，包括：称取同一使用年限、同一层位的sbs改性沥青混合料1000~1500g，放入烘箱加热至松散状态，烘箱温度小于100℃，加热时间不大于30min；
将松散后的sbs改性沥青混合料溶于三氯乙烯中，浸泡30~35min；将获得的溶液放入离心机中离心以去除溶液中的矿粉，取上层液体；向离心后的沉渣中继续加入三氯乙烯（与第一次的加入量相同），浸泡15~20min，离心，取上层液体；继续向离心后的沉渣中加入三氯乙烯
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浸泡
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离心
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取上层液体的步骤，直至获取的上层液体呈淡黄色；将所有的上层液体混合，得到提取回收的sbs改性沥青溶液；对所述sbs改性沥青溶液进行旋转蒸发，获得提取回收的sbs改性沥青。
25.在某个实施例中，对sbs改性沥青溶液进行旋转蒸发，获得提取回收的sbs改性沥青，包括：将350~400ml的sbs改性沥青溶液放入1000ml的旋转烧瓶中；此时应注意不要在旋转烧瓶中倒入太多溶液，以免溶液倒吸。
26.启动真空泵，使旋转蒸发系统形成负压，真空度为94.7kpa，之后开动旋转烧瓶，速度为35~45r/min，并将旋转烧瓶浸入油浴，油浴温度为45~50℃；当无溶剂凝气回收时，蒸馏结束，将旋转烧瓶旋转速度降至15~20r/min，同时将油浴温度升至155℃并保持15min，之后开放co2气阀，待旋转烧瓶中没有残留的三氯乙烯时，关闭真空泵，并收集sbs改性沥青。
27.在下一实施例中，考虑到在离心分离机中获得的sbs改性沥青溶液含有少量矿粉，因此在对sbs改性沥青溶液进行旋转蒸发前，需先对所述sbs改性沥青溶液进行除矿粉处理，包括：将所述sbs改性沥青溶液置于烧杯中，静置24h；将静置后的sbs改性沥青溶液取上层2/3溶液置于另一个新的烧杯中（下层1/3舍弃），继续静置24h，再取上层2/3溶液，获得纯净的sbs改性沥青溶液。
28.在某个实施例中，对于步骤104，对抽提回收的sbs改性沥青进行若干性能分析测试，包括：对抽提回收的sbs改性沥青进行温度扫描试验，获得sbs改性沥青的复数剪切模量、相位角及车辙因子，用于评价sbs改性沥青的高温性能；对抽提回收的sbs改性沥青进行弯曲梁流变仪试验，获得劲度模量和蠕变速率，用于评价sbs改性沥青的低温性能；对抽提回收的sbs改性沥青进行红外光谱分析，计算获得sbs改性沥青的羰基指数和丁二烯指数；对抽提回收的sbs改性沥青进行荧光显微镜分析，以观察sbs改性剂在sbs改性沥青中的分布状态。
29.在某个实施例中，对抽提回收的sbs改性沥青进行红外光谱分析，通过式（1）和式（2）计算获得sbs改性沥青的羰基指数和丁二烯指数，（1）
（2）。
30.实施例1本实施例提供一种sbs改性沥青老化梯度行为的评价方法，包括以下步骤：（1）获取不同使用年限的sbs改性沥青混合料芯样，并对sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理，获得不同使用年限、不同层位的sbs改性沥青混合料。
31.本实施例中，sbs改性沥青混合料芯样为在湖南省高速公路获取的服役5年的sbs改性沥青混合料芯样，通过钻芯取样得到服役5年的sbs改性沥青混合料芯样10~15份。
32.对每份sbs改性沥青混合料芯样进行分层处理，分为上层、中层和下层，每层厚度为10mm。
33.将同一层位的sbs改性沥青混合料混合，获得3份sbs改性沥青混合料，分别为上层sbs改性沥青混合料、中层sbs改性沥青混合料和下层sbs改性沥青混合料。
34.（2）设置沥青抽提回收的空白试验，对空白试验中提取回收的沥青和原样沥青进行针入度测试、软化点测试、延度测试和布氏旋转粘度测试，并将提取回收的沥青和原样沥青的测试结果进行对比。
35.（3）若对比结果超过设定的阈值，则重复空白试验直至对比结果小于等于设定的阈值；若对比结果小于等于设定的阈值，则按空白试验的过程分别对同一使用年限、同一层位的sbs改性沥青混合料进行沥青抽提回收。
36.（4）对抽提回收的sbs改性沥青进行若干性能分析测试，包括温度扫描试验、弯曲梁流变仪试验、红外光谱分析和荧光显微镜分析；将3份不同层位的sbs改性沥青进行温度扫描得到复数剪切模量、相位角及车辙因子，结果如图4和图5所示，由图4可知，沥青的复数剪切模量有明显的差距，其中sbsma
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5a
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上>中>下。由此可见，沥青路面经过5年的自然老化后，sbsma
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5a
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上的抗变形能力最好，其次是sbsma
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5a
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中，sbsma
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5a
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下。样品相位角变化趋势为sbsma
‑
5a
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上>中>下，表明在自然老化5年后，不同深度下样品的粘弹成分也逐渐发生变化。车辙因子常用来表征沥青的高温性能，反应沥青材料在高温下的抗车辙能力，由图5可知，样品车辙因子变化趋势为sbsma
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5a
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上>中>下。
37.将3份不同层位的sbs改性沥青经弯曲梁流变仪试验测得
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12℃下sbs改性沥青上层劲度模量为162，蠕变速率为0.337；中层劲度模量为141，蠕变速率为0.373；下层劲度模量为128，蠕变速率为0.395。
38.将3份不同层位的sbs改性沥青经红外光谱分析和计算，测得sbs改性沥青上层的羰基指数为0.044，丁二烯指数为0.014；中层羰基指数为0.033，丁二烯指数为0.029；下层羰基指数为0.024，丁二烯指数为0.042。
39.将3份不同层位的sbs改性沥青进行荧光显微镜，得到sbs改性剂在不同层沥青中的分布状态如图6所示，由图可知，sbs改性剂在自然老化作用下，会发生化学反应导致sbs改性剂链断，颗粒会逐渐降解直至消失。经过5年的自然老化后，sbs改性剂在不同深度分布均匀，但从分布密度来看，sbsma
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5a
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上分布密度最小，其次为sbsma
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5a
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中，最后为sbsma
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5a
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下。利用image
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pro plus处理，得到分布密度为：sbsma
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5a
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上为0.030，中层为0.045，下
层为0.053。
40.（5）根据若干性能分析测试结果，评价sbs改性沥青的老化梯度行为。
41.根据上述若干性能分析测试结果可以发现，sbs改性沥青上层、中层、下层的宏观性能和微观性能有明显的区别。对比宏观性能可以发现，上层的老化程度最严重，其次是中层，最后则是下层。对比微观性能发现sbs改性沥青的氧化速率以及sbs改性剂的降解情况与宏观性能有较好的吻合，可以较好地体现出sbs改性沥青在不同层位上sbs改性剂的变化情况，以及氧化程度，进一步证明了本发明方法可以较好地评价sbs改性沥青的老化梯度行为。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。