溶液侵蚀与SBS改性沥青粘合剂/胶浆的流变性能比较及其水老化行为研究

推荐：为解决复杂溶液环境下沥青材料耐久性问题，研究人员通过动态剪切流变仪(DSR)和弯曲梁流变仪(BBR)测试，对比分析了原始沥青与SBS改性沥青在纯水、盐溶液和碱溶液中的水老化行为。结果表明，碱溶液侵蚀导致沥青高低温性能显著劣化，而填料(FBR=1.2)可有效缓解老化。研究提出的综合老化指数Acombined为沥青材料水老化机制量化提供了新方法。

　　

在西北地区严酷的环境条件下，沥青路面长期面临盐渍、融雪剂残留和碱骨料反应等多重化学侵蚀，导致粘结性能退化。尽管以往研究多关注沥青-集料界面失效，但沥青材料本身的水老化机制尚未系统阐明。更关键的是，作为实际粘结单元的沥青胶浆（由沥青与填料组成）在水环境中的性能演变规律仍存在研究空白。

针对这一难题，长安大学的研究团队在《Fuel》发表了创新性研究，通过多尺度流变学测试结合统计分析方法，首次系统比较了原始沥青与SBS改性沥青在三种溶液环境下的长期老化行为。研究采用动态剪切流变仪(DSR)测试高温恢复性能（通过多应力蠕变恢复MSCR试验）和应力松弛(Stress Relaxation)特性，结合弯曲梁流流仪(BBR)评估低温蠕变性能。填料比例(Filler Binder Ratio, FBR)设置为0、0.8和1.2三组，模拟实际胶浆状态。溶液环境涵盖纯水、10%盐溶液(NaCl)和pH=10的碱溶液，侵蚀时长分别为6、12和18天。

高温恢复性能测试显示，碱溶液导致沥青弹性恢复率R下降最显著（SBS-1.2的A_R3.2指数比纯水组高38%），证实CO₃^2-会加速极性组分氧化。填料表现出双重作用：虽增加胶浆刚度，但FBR=1.2的SBS胶浆(SBS-1.2)具有最优抗侵蚀性，其非恢复蠕变柔量J_nr比纯沥青低52%。

低温性能部分，应力松弛试验揭示残余应力百分比PRS随侵蚀时间递增，18天浸泡后原始沥青的A_PRS0达0.67，而SBS-1.2仅0.21。BBR测试表明-18℃时填料使胶浆刚度S突破300MPa阈值，但m/S值分析证实FBR=1.2的胶浆仍保持最优长期稳定性。

通过主成分分析(PCA)提取的两个主成分（累计方差解释率91.55%）显示，低温刚度S在PC1中载荷最高(0.923)，而中温复数模量Log(G*)主导PC2。据此构建的综合老化指数A_combined与各温度段老化参数的Pearson相关系数均>0.9（除Virgin-0.8的J_nr外），证实其可全面表征水老化程度。ANOVA分析进一步表明，侵蚀时长对老化影响最大（F值51.63），但FBR的作用同样显著（p<0.001）。

该研究创新性地揭示了填料在沥青水老化中的"稳定剂"作用：适量填料(FBR=1.2)可通过抑制SARA（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）分子迁移减缓组分重组。提出的A_combined指数为沥青路面耐久性设计提供了量化工具，尤其对西北盐渍土地区路面材料选择具有指导意义。未来研究可结合分子动力学模拟，进一步揭示填料-沥青-溶液三相界面作用机制。