谢小迪

摘 要：随着不可再生资源的日益枯竭，人们逐渐关注利用可再生资源进行沥青改性的研究。本研究将葵花籽油分别与不同标号的基质沥青共混改性，并通过旋转薄膜老化后的残留针入度比、残留软化点增值与黏度比评价其耐老化性能，再通过压力老化前后的动态剪切流变仪试验与弯曲梁流变仪试验确定其PG分级，最后通过储存稳定性试验评价其抗离析性能。试验结果表明：葵花籽油改性沥青随着沥青标号增加抗老化性能增加，葵花籽油的掺入对沥青高温性能影响比低温性能更为显著。

关键词：改性沥青;葵花籽油;耐老化性能

中图分类号：U414 文献标识码：A

0 引言

现有研究表明，在沥青中掺入油类可使沥青软化。Some等[1-2]通过热重分析表明葵花籽油与菜籽油都不发生挥发作用。Shirzad等[3]研究表明在老化沥青中掺入葵花籽油起到再生剂的作用。Garcia等[4]研究表明葵花籽油降低了沥青混合料的抗拉强度。

本文通过研究旋转薄膜试验与压力老化试验分别模拟沥青的短期长期老化，通过对沥青老化前后的技术指标变化评价其葵花籽油改性沥青的耐老化性能。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料及其制备工艺

1.1.1 葵花籽油（SO）

将市面上买回的葵花籽放入压榨机中以100 rpm转速在室温25℃的条件下提取葵花籽油。

1.1.2 葵花籽油改性沥青

分别在50号、70号、90号三种基质沥青中掺入5%掺量葵花籽油，使用高速剪切仪以3 000 rpm转速在180℃下剪切45 min。

1.1.3 老化沥青的制备

在盛样瓶中分批次加入35±0.5 g的三种标号葵花籽油改性沥青，将其放入163±0.5℃的烘箱中加热至规定时间;随后将旋转薄膜试验老化后的沥青倒入标准薄膜盛样皿中，再将盛样皿放入长期老化仪中，以2.1±0.1 MPa压力加压20 h±10 min，取出后倒入杯中得到长期老化沥青。

1.2 抗老化性能试验

将短期老化前后不同标号的改性沥青从盛样皿中取出，分别进行软化点、黏度与针入度试验。

1.3 动态流变试验（DSR）

采用MER101-A型动态剪切流变仪，选择剪应力控制模式，温度扫描试验温度设置为40℃、46℃、52℃、58℃、64℃、70℃、76℃、82℃，加热速率为2℃/min[5]。

1.4 弯曲梁流变试验（BBR）

将长期老化沥青试样制备标准长方体试件，试件脱模后放置于无水乙醇中恒温30 min（﹣6～﹣24℃），加载240 s后卸载，记录加载60 s时的S与m值[6]。

1.5 储存稳定性试验

葵花籽油改性沥青过0.3 mm筛后，放入试验用铝管中，烘箱恒温48±1 h，取出后放入冷柜中冰冻4 h。最后用剪刀将铝管等分为三节，分别将上节和下节放入烘箱中烘至沥青软化，取出后进行软化点差值试验。

2 试验结果与分析

2.1 抗老化指标分析

葵花籽油改性沥青老化前后针入度、软化点与60℃动力黏度数据如表1所示。由表1可知葵花籽油改性沥青老化前后，三种标号沥青都表现为软化点增大，动力黏度上升，针入度减小。这是由于沥青在老化过程中，四组分中的轻质组分挥发，沥青质占比逐渐增加导致沥青的刚度上升。表现在路用性能则是抗高温车辙能力上升，而低温抗裂性能下降。

依据残留针入度比公式（1）、残留软化点增值（2）与黏度比（3）公式计算三种标号改性沥青的抗老化指标。残留针入度比越大、软化点差值越小、粘度比越接近1则表明老化后的沥青与基质沥青性能越接近。由表2可知，随着标号的增加，葵花籽油对基质沥青的抗老化效果越好。

2.2 高温性能评价

通过PG分级来评价沥青的高低温性能，三种标号沥青老化前后的PG等级与70℃下相位角由图1可知，50号与70号沥青的高温等级虽然有所差异但都在64这一级别，而90号沥青的高温等级则降至58。随着老化反应的进行，沥青的刚度增加，其高温等级小幅度上升，但仍处于同级。由于葵花籽油的加入可视作增加了沥青中的轻质组分，起到软化沥青的作用，因此加入葵花籽油后的沥青降低了两个高温级别，50号与70号沥青分别降低至52级别，而90号则降低至46级别。在掺入葵花籽油后，老化沥青高温等级上升与相位角下降，且幅度与原样沥青相似，这表明葵花籽油的掺入对原样沥青的抗老化性能改变不显著，原样沥青依然在抗老化作用下起主导作用。

2.3 低温性能评价

在PG分级中，BBR试验的蠕变劲度模量S与蠕变速率m这两个指标通常被用来评价沥青的低温性能。其中S值越小而m值越大则其抗裂性能越佳，通过同时满足S小于等于300 MPa与m大于等于0.3两个条件确定沥青的低温等级。

由图2可知，标号越大的沥青其低温抗开裂能力越好，这是由于标号越大针入度值越大，其四组分中轻质组分越多，沥青越软。随着葵花籽油的掺入，沥青中轻质组分增加，导致其刚度进一步下降。在﹣6℃下三种标号的沥青S值接近，随着温度下降，50号沥青的S值在﹣12℃与

﹣18℃间的增速远大于70号与90号沥青。而随着温度到达﹣24℃，3种标号沥青的蠕变劲度模量则呈现相近的趋势，即70号与90号沥青在﹣12℃与﹣18℃区间具有更优良的抗低温开裂性能。掺葵花籽油使得沥青的低温性能进一步提升，但由于BBR試验是采用PAV老化后试样进行，葵花籽油中富含的不饱和脂肪酸往往极易在长期老化中性能衰减，因此其低温性能虽有所提升，但并未显著改变原样沥青的低温等级，原样50号、70号、90号沥青的低温等级分别为﹣22、﹣22、﹣28，掺葵花籽油的分别为﹣22、﹣28、﹣28，仅70号沥青的低温等级下降了6℃。

2.4 储存稳定性评价

如表3所示，储存稳定性以铝管试件顶部与底部的软化点差进行评价，其中50号葵花籽油改性沥青的软化点差值显著大于70号与90号沥青，这是由于50号沥青自身沥青质含量较多，而沥青质属于重组分较易发生沉淀。三种葵花籽油改性沥青的软化点差值均小于规范中改性沥青要求值2.5℃，因此葵花籽油在5%掺量下具有良好的储存稳定性。

3 结论

通过将葵花籽油以5%掺量分别与50号、70号、90号沥青进行改性，制备葵花籽油改性沥青，并通过短期与长期老化作用下残留针入度比、残留软化点增值与黏度比评价其耐老化性能，通过DSR与BBR试验评价其高低温等级，通过储存稳定性试验评价其抗离析能力，分析得出如下结论：

（1）由抗老化指标残留针入度比、残留软化点增值与黏度比可知，葵花籽油改性沥青随着沥青标号增大其抗老化能力越好;

（2）由DSR与BBR试验可知，掺入葵花籽油后50号、70号、90号沥青高低温等级由64-22、64-22、58-28变为52-22、52-28、46-28;

（3）由储存稳定性试验可知，三种标号沥青在葵花籽油掺量5%时都具有优良的抗离析性能。

参考文献：

[1]SOMÉ C，PAVOINE A，CHAILLEUX E，el.Rheological behavior of vegetable oil-modified asphaltite binders and mixes[C].Proceedings of the 6th Eurasphalt & Eurobitume Congress，Prague，Czech Republic.

[2]SOMÉ S C，PAVOINE A，CHAILLEUX E.Evaluation of the potential use of waste sunflower and rapeseed oils-modified natural bitumen as binders for asphalt pavement design[J].International Journal of Pavement Research and Technology，2016（5）：368.

[3]SHIRZAD S，HASSAN M M，AGUIRRE M A，el.Evaluation of sunflower oil as a rejuvenator and its microencapsulation as a healing agent[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2016（11）：04016116.

[4]GARCIA A，AUSTIN C J，JELFS J.Mechanical properties of asphalt mixture containing sunflower oil capsules[J].Journal of Cleaner Production，2016，118：124-132.

[5]孟勇軍，郭贺源，徐锐光，等.石墨烯橡胶复合改性沥青流变性能及微观性能[J].建筑材料学报，2020（5）：1246-1251.

[6]李智文.温拌胶粉改性沥青高低温性能影响因素研究[J].公路，2020（10）：297-303.