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        瀝青路面的耐老化性能探討

        2019-10-29 09:15:50
        關(guān)鍵詞:含蠟烘箱老化

        劉 培

        招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 重慶 400067

        0 引言

        含有瀝青的混合材料的耐老化性能,通常是指瀝青材料路面在其使用的時候承擔(dān)交通任務(wù)、氣候變化等其他因素的綜合作用時,瀝青混合料保證其正常適用的指標(biāo)的穩(wěn)定或者較小的變化的能力。瀝青材料路面在路面施工時和使用時面臨著長期在大氣中暴露、光照、降水、氣溫等變化因素的影響,與此同時還有車輛荷載、路基情況變化的影響[1]。因此,研究討論瀝青混合料老化性能的全面研究具有重要的工程實用意義。

        1 影響瀝青路面老化的因素

        1.1 瀝青的影響

        瀝青是由多種不同的的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的單相均勻的混合物。其分子可以粗略分為兩類:極性分子和非極性分子。其中非極性分子是作為極性分子的溶劑存在。它們通過微弱的作用連接在一起,呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過研究表明:當(dāng)溫度升高時,情況恰恰相反。瀝青中極性分子的數(shù)量越多,瀝青就越容易被氧化[2]。

        1.2 集料對瀝青老化的影響

        集料的產(chǎn)生對于瀝青混合料的使用性能帶了許改觀,除了能夠增加各種集料之間的嵌擠力,最大的作用就是在瀝青和集料之間形成了吸附性。瀝青的老化主要是輕質(zhì)油分的消失,極性分子的失活。表現(xiàn)出粘度增大、自身變硬的特質(zhì)。

        1.3 外界環(huán)境對于老化的影響

        1.3.1 溫度對瀝青混合料老化的影響

        對于瀝青這種混合物,當(dāng)環(huán)境溫度在60℃至130℃時,在沒有氧氣等氧化劑的情況下,據(jù)研究表明,瀝青時發(fā)生自身組分的化學(xué)變化[3]。而當(dāng)溫度高于150℃時,情況就會出現(xiàn)很大的改變。

        1.3.2 含氧量對瀝青混合料老化的影響

        公路在使用時條件下的瀝青混合料[4],如果是在無氧的情況下,是不會有條件發(fā)生瀝青本身化學(xué)性質(zhì)的改變的。事實并如此,要做到完全無氧是不可能的。

        1.3.3 瀝青含蠟量對瀝青混合料老化的影響

        分布在我國幾大油田的原油所產(chǎn)生瀝青雖然軟化點普遍都高[5],但在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性不好。蠟含量偏多會影響瀝青的粘溫性,在高溫條件下易使瀝青路面的路用性能降低。

        2 室內(nèi)模擬瀝青混合料老化試驗方法

        瀝青混合料的老化分為兩個階段:短期老化和長期老化。短期老化是開始于拌合廠,終止于瀝青路面壓實后溫度將至于自然溫度;長期老化是開始于路面建成之后,終止于路面服務(wù)性能下降直至不能滿足行車的要求。

        2.1 短期老化的試驗方法

        短期老化的試驗方法應(yīng)體現(xiàn)松散混合料在拌和、貯存和運輸中受熱而揮發(fā)和氧化的效應(yīng),以模擬瀝青混合料施工階段的老化效果[6]。SHRP根據(jù)以往瀝青混合料短期老化方法的研究實驗結(jié)果提出了三種備選的方法。它們是:

        (1)烘箱加熱法:將拌合的瀝青混合料放在烘箱中一定時間,使瀝青混合料老化;

        (2)延時拌和法:適當(dāng)延長混合料的拌和時間,使瀝青混合料老化;

        (3)微波加熱法:將拌和的瀝青混合料用微波加熱,使瀝青混合料老化。

        從多方面比較之后,利用烘箱加熱法會被認(rèn)為更好地模擬現(xiàn)實的施工條件、方法簡單不復(fù)雜、經(jīng)濟劃算,因而在室內(nèi)模擬瀝青混合材料的短期老化最有效便捷的方法[7]。

        溫度和時間效應(yīng)是烘箱加熱法控制瀝青混合料老化程度的重要條件。早在1988年VonQunitas等人根據(jù)施工現(xiàn)場兩種瀝青混合料回收瀝青的針入比和粘度比與試驗室模擬試驗結(jié)果,提出了烘箱加熱135℃、4h的老化條件[8]。

        2.2 長期老化的試驗方法

        瀝青混合料試驗室長期老化的方法應(yīng)著重體現(xiàn)瀝青混合料壓實成型試件持續(xù)氧化的效應(yīng),以模擬使用期內(nèi)瀝青路面的老化效果。SHRP總結(jié)了以往的研究成果,提出了三種備選的方法:

        (1)加壓氧化(PAV),是對瀝青混合料施以低壓氧氣,使其在短時間內(nèi)加速老化的一種方法。將經(jīng)過短期老化成型的瀝青混合料試件放入壓力罐的試樣架上,當(dāng)容器密閉后,注入氧氣達(dá)到2±0.5MPa的壓力,在40℃或60℃的環(huán)境下保持一定時間(1d、2d、3d、5d、7d),然后冷卻至室溫緩緩解除壓力的老化過程。

        (2)延時烘箱加熱,本方法是對瀝青混合料施以高溫強化手段,以達(dá)到瀝青加速老化的目的。具體步驟是將瀝青混合料經(jīng)過短期老化后成型的試件過夜冷卻、脫模,置于試樣架上,放入85±1℃的烘箱中恒溫120±0.5h使其老化,然后在不移動試件的情況下,打開烘箱門冷卻至室溫。

        (3)紅外線、紫外線處理。將試件在紅外線、紫外線下照射一定的時間,主要模擬太陽光對瀝青的老化情況。

        與瀝青混合料短期老化試驗方法的評估標(biāo)準(zhǔn)一樣,三種方法有效性的評估見表1。

        表1 瀝青混合料長期老化方法有效性的評估

        延時烘箱加熱和加壓氧化處理,我認(rèn)為這兩種方法都沒有考慮到一個問題,那就是瀝青的含蠟量對路面長期老化的影響[9]。

        圖1 溫度和壓力對混合料老化的影響

        老化試驗的時間對瀝青混合料老化程度的影響也是非常明顯[10]。

        圖2 老化時間對瀝青混合料老化的影響

        3 預(yù)防瀝青路面老化的措施

        (1)降低瀝青的存儲溫度,減少攪拌

        在瀝青熱儲存或運輸過程中應(yīng)降低溫度。不應(yīng)超過120℃,最好在80~90℃最佳[11],且整個過程不宜攪拌。

        (2)縮短瀝青存儲時間

        儲存時間對瀝青的老化程度有較大的影響。溫度越高,儲存時間越長,瀝青老化越嚴(yán)重。

        (3)路面設(shè)計采用連續(xù)級配瀝青混凝土

        該類型路面具有空隙小、防滲水等優(yōu)點。可以通過表面處治和封層來延緩老化作用。

        (4)嚴(yán)格控制瀝青含蠟量

        將瀝青的含蠟量控制在一個合理的范圍,這樣才可以延長瀝青路面的使用壽命。

        4 結(jié)語

        之前對瀝青老化的探究重點可能放在了水、氧氣和紫外線等主要因素上,我認(rèn)為還是很有必要探討一下含蠟量對瀝青老化的影響。大多數(shù)情況下我們還是會使用含蠟量高的瀝青,所以研究含蠟量對于瀝青老化的影響是很有必要的,我發(fā)現(xiàn)一些試驗方法好像都忽略了這一點。也許這不是影響瀝青路面老化主要因素,但是我覺得只有多方位,全方面的考慮各種因素,才能有效的解決瀝青路面老化的問題。

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