何兆益，歐祖敏，劉 楠，陳宏斌

(1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074;2.東南大學(xué) 交通學(xué)院，江蘇南京210018;3.甘肅省交通廳工程處，甘肅蘭州730030)

瀝青路面在使用期間承受交通、氣候等環(huán)境因素的綜合作用，瀝青混合料的使用性能保持穩(wěn)定或發(fā)生較小變化的能力，稱為瀝青混合料的抗老化性能［1－2］。瀝青混合料的老化會影響瀝青路面的使用質(zhì)量，降低混合料的路用性能，甚至縮短瀝青路面的使用壽命。

瀝青混合料的老化主要指混合料中的瀝青材料在拌和、攤鋪、碾壓過程中短期老化及瀝青路面使用過程中的長期老化。為了模擬瀝青老化，常用的老化方法有:TFOT(薄膜烘箱)、RTFOT(旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱)、RMFO(旋轉(zhuǎn)微薄膜烘箱)、延遲 RTFOT、TODT(傾斜烘箱耐久性試驗(yàn))、PAV(壓力老化)、POV(氧氣老化)和紫外線老化等。SHRP根據(jù)以往瀝青混合料短期老化方法(STOA)的研究試驗(yàn)結(jié)果，提出將松散的瀝青混合料放在135℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱加熱4 h的老化大體相當(dāng)于瀝青混合料拌和以后直至壓實(shí)成型到冷卻、開放交通的過程，并用短期老化前后的瀝青混合料性能的對比來評價瀝青混合料的短期抗老化性能。SHRP、國家“八五”科技攻關(guān)專題［2］、王哲［3］、郝培文［4］等分別利用烘箱短期模擬老化過程，通過力學(xué)性能試驗(yàn)與路面實(shí)際老化過程的相關(guān)性進(jìn)行了研究，表明烘箱模擬短期老化的有效性。但是，這些方法基本上集中于模擬瀝青混合料在常規(guī)生產(chǎn)溫度下的抗老化評價。

目前摻加抗車轍劑、纖維等瀝青混合料的生產(chǎn)溫度相比普通瀝青混合料都有較大的提高，而高溫生產(chǎn)對瀝青混合料的老化是顯而易見的，因此，非常有必要對高溫生產(chǎn)條件下的瀝青混合料的老化進(jìn)行研究，以評價瀝青混合料的抗高溫老化性能。筆者結(jié)合摻加抗車轍劑A的瀝青混合料生產(chǎn)過程，探索高溫對瀝青混合料抗老化性能影響。

1 模擬老化試驗(yàn)設(shè)計

瀝青混合料添加抗車轍劑A后，其黏度有所增大，為保證壓實(shí)效果，其生產(chǎn)溫度需要提高到175～185℃之間。筆者采用抗車轍劑A瀝青混合料來研究高溫生產(chǎn)條件對瀝青混合料抗老化性能的影響。

由于普通的瀝青混合料出料溫度一般都控制在155～160℃左右，瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓直到開放交通的過程中是一個溫度降低的過程，這個過程的長短隨著工藝、機(jī)械、運(yùn)距、操作水平等因素的影響而不同。已有的研究表明，采用135℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱加熱4 h與這個過程相當(dāng)。而抗車轍劑A瀝青混合料的生產(chǎn)溫度相應(yīng)普通瀝青混合料要高20℃左右，采用同樣的溫度顯然不符合實(shí)際生產(chǎn)條件，所以，筆者按表1設(shè)計方案模擬高溫對瀝青混合料老化的影響。

表1 瀝青混合料短期老化模擬試驗(yàn)設(shè)計方案Table 1 Design plan of short-term aging simulation test about asphalt mixture

表2 SK－70基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 2 Technical indexes of SK-70 bitumen

2 原材料技術(shù)指標(biāo)及試驗(yàn)方法

2.1 原材料技術(shù)指標(biāo)

瀝青采用為韓國SK－70，按JTJ 052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn)，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2?？管囖H劑A外觀為松散黑色顆粒，無黏附聚集現(xiàn)象，大小約為3～5 mm，在常溫下保存。集料均為石灰?guī)r，其技術(shù)指標(biāo)經(jīng)檢測均滿足JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

采用表3所示AC－20級配，普通瀝青混合料最佳油石比為4.29%，抗車轍劑A摻量為混合料質(zhì)量比的0.3%，確定其最佳油石比為4.44%。

2.2 試驗(yàn)方法

室內(nèi)拌制瀝青混合料，其中抗車轍劑A瀝青混合料采用干法生產(chǎn)，A與加熱到190℃的集料先干拌40 s，然后加入瀝青濕拌90 s，再加入礦粉拌和90 s。按設(shè)計的試驗(yàn)方案進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)烘箱加熱老化，然后成型馬歇爾試件，進(jìn)行間接抗拉試驗(yàn)，測定試件的破壞抗拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變破壞、勁度等。

表3 AC－20礦料級配組成Table 3 Aggregate gradation of AC-20

3 常規(guī)溫度短期老化對瀝青混合料影響

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

普通瀝青混合料、加0.3%抗車轍劑A瀝青混合料在135℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱中老化2 h、4 h后成型馬歇爾試件，然后進(jìn)行間接抗拉試驗(yàn)，其結(jié)果見表4、表 5。

表4 常規(guī)溫度、不同短期老化時間瀝青混合料的間接抗拉試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of indirect tensile test of asphalt mixture in different aging times

表5 常規(guī)溫度短期老化后間接抗拉試驗(yàn)結(jié)果對比Table 5 Comparison of indirect tensile test results of different asphalt mixtures before and after short-term aging

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在0，2，4 h烘箱加熱老化時間作用下，瀝青混合料的間接拉伸破壞強(qiáng)度增大，破壞應(yīng)變減小，表明老化時間對瀝青混合料的抗老化性能有影響，其老化程度隨加熱時間的增加而增大。

2)普通瀝青混合料在135℃烘箱中加熱老化2，4 h后的間接抗拉破壞強(qiáng)度相比沒有加熱老化的普通瀝青混合料增大20.93%，34.94%，其破壞應(yīng)變則分別減小 13.05%，23.08%。

3)摻抗車轍劑A瀝青混合料在135℃烘箱中加熱老化2，4 h后的間接抗拉破壞強(qiáng)度相比沒有加熱老化的普通瀝青混合料增大2.25%，11.61%，其破壞應(yīng)變則分別減小7.22%，14.09%。

4)從破壞抗拉強(qiáng)度增大和破壞應(yīng)變減小的比例對比可以看出，在135℃烘箱中加熱，普通瀝青混合料相比摻抗車轍劑A瀝青混合料的老化程度要嚴(yán)重。表明抗車轍劑A能夠提高瀝青混合料的抗老化性能。

4 高溫對瀝青混合料老化性能的影響

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

對摻加0.3%抗車轍劑A的瀝青混合料在155℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱中老化2，4 h后成型馬歇爾試件，然后進(jìn)行間接抗拉試驗(yàn)，其結(jié)果見表6。

對沒有烘箱加熱老化、135℃及155℃強(qiáng)制通風(fēng)烘箱老化2，4 h后的瀝青混合料的間接抗拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變進(jìn)行比較，結(jié)果如表7。

表6 高溫短期老化條件下?lián)娇管囖H劑A瀝青混合料間接抗拉試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of indirect tensile test about A-type anti-rutting agent asphalt mixture after short-term aging in different aging times

表7 不同老化條件下?lián)娇管囖H劑A瀝青混合料間接抗拉試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of indirect tensile test about A-type anti-rutting agent asphalt mixture in different aging conditions

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)從圖1瀝青混合料間接破壞應(yīng)變衰減變化趨勢可以看出，雖然摻抗車轍劑A瀝青混合料老化性能在135℃老化條件下相對155℃老化條件下的變化要小，但是155℃老化條件更接近實(shí)際生產(chǎn)條件，所以應(yīng)采用提高溫度(155℃)來評價其受溫度影響的老化性能。

2)普通瀝青混合料常規(guī)老化溫度(135℃)老化性能的變化趨勢與摻抗車轍劑A瀝青混合料高溫(155℃)老化性能的變化趨勢基本吻合，這一點(diǎn)從圖1和圖2對應(yīng)的曲線變化都能得到驗(yàn)證，說明了本試驗(yàn)設(shè)計通過提高溫度來模擬高溫生產(chǎn)對瀝青混合料老化影響研究的合理性。

圖1 老化后瀝青混合料間接拉伸破壞應(yīng)變與老化時間的關(guān)系Fig.1 Relation graph of failure strain by indirect tensile test about asphalt mixture aging

圖2 老化后瀝青混合料間接拉伸破壞強(qiáng)度與老化時間的關(guān)系Fig.2 Relation graph of failure strength by indirect tensile test about asphalt mixture aging

3)從表7可以看出，155℃高溫老化模擬老化條件下，摻抗車轍劑A瀝青混合料老化2，4 h后相比沒有老化的破壞抗拉強(qiáng)度分別增大 27.21%，37.58%，破壞應(yīng)變則降低 16.64%，26.04%。而135℃常規(guī)溫度模擬老化條件下的普通瀝青混合料老化2，4 h后對應(yīng)的破壞抗拉強(qiáng)度分別增大20.93%，34.94%，應(yīng)變降低 13.05%，23.08%?？梢钥闯?，高溫條件下抗車轍劑A瀝青混合料的老化程度稍微偏重，如果以普通瀝青混合料老化性能受短期老化的變化幅度來評價，高溫生產(chǎn)對摻加抗車轍劑A的瀝青混合料的抗老化性能有所削弱。

5 結(jié)論

1)從135℃烘箱加熱模擬老化后的瀝青混合料的間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果來看，抗車轍劑A的添加對瀝青混合料的抗老化性能有所提高。

2)提高模擬老化溫度前后的摻抗車轍劑A瀝青混合料的破壞應(yīng)變和破壞強(qiáng)度，與普通瀝青混合料相應(yīng)力學(xué)參數(shù)的變化趨勢基本一致，說明本研究設(shè)計的155℃高溫老化模擬高溫生產(chǎn)對瀝青混合料的老化性能的影響具有一定的合理性，155℃加熱老化溫度能夠比較準(zhǔn)確的反映實(shí)際生產(chǎn)過程的老化條件。

3)高溫度生產(chǎn)摻抗車轍劑A瀝青混合料對瀝青混合料的抗老化性能有一定的影響，采用高溫生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)的改性瀝青混合料，需要對混合料的抗老化性能進(jìn)行評價。

［1］陳栓發(fā)，陳華鑫，鄭木蓮.瀝青混合料設(shè)計與施工［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001.

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［5］JTG D 50—2006公路瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2006.

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［9］何兆益，汪凡.基于Johnson-Cook黏塑性模型的瀝青路面車轍計算［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，29(1):49－53.He Zhaoyi，Wang Fan.Rutting calculation of asphalt pavement based on the Johson-Cook viscoplastic model［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2010，29(1):49－53.