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        不同老化方式對高黏瀝青性能的影響研究

        2020-09-05 07:12:08
        山東交通科技 2020年4期
        關(guān)鍵詞:熱氧延度針入度

        孫 科

        (山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司,山西 太原 030032)

        引言

        透水瀝青路面由于具有較大的空隙,能夠及時排除雨水,減少了行車滑移的風(fēng)險,同時其表面豐富的紋理結(jié)構(gòu)還可以提高路面的摩擦力,近年來愈發(fā)受到各界關(guān)注。由于透水瀝青路面為大孔隙結(jié)構(gòu),空隙率一般可達(dá)20%,集料與集料間多為點(diǎn)接觸,因此對瀝青的粘結(jié)力要求較高,多采用高黏瀝青[1]。然而,其較大的空隙,也使得裹復(fù)在集料表面的高黏瀝青與空氣、陽光等接觸面積要遠(yuǎn)大于其他類型路面,因此更容易受到老化。胡芳等[2]研究了老化對SBS瀝青性能的影響,發(fā)現(xiàn)老化后瀝青的高溫性能有所提高。馬莉骍等[3]研究了紫外老化對基質(zhì)瀝青水穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明,隨著紫外老化時間的延長,水穩(wěn)定性降低。目前關(guān)于瀝青老化的研究多集中在基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青方面,而高黏瀝青方面則較少[4]。

        1 原材料和試驗(yàn)方法

        1.1 試驗(yàn)原材料

        1.1.1 高黏改性劑

        高黏改性劑為TPS改性劑。TPS高黏改性劑適宜環(huán)氧基增粘樹脂、熱塑性彈性體為基材,輔以抗氧、抗剝離和交互聯(lián)劑,將瀝青絕對黏度提高約100倍,具有高軟化點(diǎn)、高彈性恢復(fù)、高黏韌性、高抗老化等特性。高黏改性劑的機(jī)理通過調(diào)整瀝青各組分間的比例。當(dāng)基質(zhì)瀝青中添加進(jìn)入高黏改性劑后,

        瀝青會產(chǎn)生溶脹反應(yīng),同時瀝青中的輕質(zhì)組分如飽和芳香酚等會增加,從而提高瀝青的黏附性。

        1.1.2 基質(zhì)瀝青

        高黏瀝青制備方法為高黏改性劑復(fù)配基質(zhì)瀝青,其中基質(zhì)瀝青選擇為90#道路石油瀝青,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[5]的技術(shù)要求。瀝青技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

        表1 瀝青試驗(yàn)指標(biāo)

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2. 高黏改性瀝青制備

        根據(jù)試驗(yàn)需要確定基質(zhì)瀝青和高黏改性劑的添加比例。選擇88% 的基質(zhì)瀝青摻配12% 的高黏改性劑制備高黏改性瀝青。將基質(zhì)瀝青加熱至充分流動狀態(tài),然后將稱量好的TPS高黏改性劑加入基質(zhì)瀝青中,初步進(jìn)行攪拌,待攪拌均勻后采用高速剪切機(jī)再剪切20 min完成高黏瀝青制備。制得的高黏瀝青指標(biāo)見表2,均滿足《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》(GJJ/T 190-2012)要求[6]。

        表2 高黏瀝青試驗(yàn)指標(biāo)

        1.2.2 老化方式的確定

        分別采用RTFOT和PAV的老化方式,模擬瀝青在熱氧條件下發(fā)生的老化;采用紫外光老化烘箱,模擬瀝青在自然條件下受到的長期光老化;在RTFOT老化的基礎(chǔ)上,結(jié)合紫外老化模擬瀝青在多因素耦合條件下的老化。

        1.2.3 老化后的高黏瀝青評價體系

        采用針入度指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后感溫性能的變化規(guī)律;采用指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后低溫性能的變化規(guī)律;采用軟化點(diǎn)指標(biāo)評價高黏瀝青老化前后高溫性能的變化規(guī)律。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 熱氧老化后高黏瀝青性能

        路面在實(shí)際使用時與空氣直接接觸,同時車輛行駛時會產(chǎn)生摩擦,加之夏季高溫,導(dǎo)致暴露在外的瀝青會受到嚴(yán)重的熱氧老化。試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖1。

        表3 熱氧老化后高黏瀝青性能結(jié)果

        圖1 熱氧老化后高黏瀝青性能

        由圖1可以看出,在經(jīng)過熱氧老化后,高黏瀝青性能發(fā)生了明顯改變。(1)短期熱氧老化作用下(RTFOT),高黏瀝青的針入度相比原樣瀝青有所下降。原樣瀝青的針入度為40.8(0.1 mm),RTFOT老化后的針入度為32.1(0.1 mm),下降了21.3%??梢姡?jīng)過熱氧老化作用后,高黏瀝青變硬,因此其針入度有所下降。(2)軟化點(diǎn)方面,原樣瀝青的軟化點(diǎn)為92℃,RTFOT老化后的軟化點(diǎn)為89℃,兩者基本相等,表明短期熱氧老化對瀝青的高溫性能影響不大。(3)短期老化后高黏瀝青的延度相比老化前下降較明顯,老化前延度為38 cm,而老化后僅為15 cm,下降了約60%。

        為進(jìn)一步明確熱氧老化對高黏瀝青性能的改變,采用長期壓力老化(PAV)對高黏瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明,與短期老化相類似,高黏瀝青的針入度和延度呈現(xiàn)下降的趨勢,且降幅更大,而軟化點(diǎn)與原樣瀝青差別不大。其中,針入度降低了44.9%,延度降低了81.6%。

        2.2 紫外老化后瀝青性能

        紫外老化后高黏瀝青的性能見表4、圖2。

        表4 紫外老化后高黏瀝青性能結(jié)果

        圖2 紫外老化后瀝青性能

        由圖2可以看出,紫外老化后瀝青性能的改變與熱氧老化具有明顯區(qū)別。(1)隨著紫外老化時間的增加,高黏瀝青的軟化點(diǎn)呈現(xiàn)增加的趨勢。其中,原樣瀝青的軟化點(diǎn)為92℃,而經(jīng)過10 d,15 d以及20 d紫外老化后,高黏瀝青軟化點(diǎn)分別增加為96℃、102℃、106℃,其抵抗高溫變形能力明顯提升。(2)針入度方面,紫外老化后高黏瀝青的針入度隨老化時間的增加而下降,老化20 d后高黏瀝青的針入度為26 (0.1 mm),相比原樣瀝青降低了36.6%。可見,不管是熱氧老化還是光老化,都會一定程度上提高黏瀝青的脆硬性。(3)隨著紫外老化時間增加,高黏瀝青延度呈現(xiàn)下降趨勢。此外,觀察紫外老化后瀝青的延度曲線發(fā)現(xiàn),與針入度所不同,當(dāng)紫外老化時間為小于15 d時,高黏瀝青延度的變化趨勢較為均勻,而當(dāng)紫外老化時間增加至20 d時,瀝青延度出現(xiàn)了明顯降低。其中,原樣、10 d和15 d紫外老化后瀝青延度分別為33 cm、24 cm和18 cm,而20 d紫外老化后的延度則突降至4 cm。隨著老化時間的增加,高黏瀝青黏度也越來越大。20 d紫外老化后瀝青黏度為8.3 Pa·s,相比原樣瀝青3.3 Pa·s提升了近2倍。因此,從黏附性角度老看,紫外老化有助于提升瀝青與集料間的黏結(jié)性能。

        2.3 復(fù)合條件下瀝青性能

        在路面實(shí)際使用過程中,瀝青老化不僅僅只受到熱氧活紫外等單一因素的老化,而更多的是兩者復(fù)合條件下的老化。表4、圖3為復(fù)合條件老化后高黏瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果。

        表4 復(fù)合作用下高黏瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

        圖3 復(fù)合老化條件下高黏瀝青性能

        由圖3可以看出:(1)在復(fù)合老化條件下,高黏瀝青的變化規(guī)律與單一因素下的老化有所不同。復(fù)合老化后,高黏瀝青的軟化點(diǎn)表現(xiàn)為先增加后降低的規(guī)律。當(dāng)老化時間為10 d時,高黏瀝青的軟化點(diǎn)相比原樣增加,而當(dāng)老化時間延長至15 d時,高黏瀝青的軟化點(diǎn)則下降至低于原樣瀝青。這說明,在老化初期,高黏瀝青主要受紫外老化影響,而在老化后期,則以熱氧老化為主。(2)復(fù)合老化作用下,高黏瀝青的針入度下降速率要大于單一因素作用下。其中,原樣瀝青的針入度為42 (0.1 mm),老化10 d后的針入度為23 (0.1 mm),老化15 d后的針入度為14 (0.1 mm)。復(fù)合作用下,老化10 d的針入度已經(jīng)相當(dāng)于紫外老化20 d的效果。針入度反映了瀝青的感溫性能,針入度越大,瀝青的感溫越好。可見,老化作用對瀝青的感溫性能不利。(3)延度方面,原樣瀝青的延度為36 cm,老化10 d后延度為25 cm,老化15 d后延度為19 cm,這與單一紫外老化后的結(jié)果基本一致。延度反映了瀝青的低溫性能,因此可以認(rèn)為,瀝青低溫性能的降低主要是由于紫外老化作用的緣故。

        3 結(jié)語

        (1)短期熱氧老化作用下,高黏瀝青的針入度比原樣瀝青下降了21.3%,延度下降了約60%,軟化點(diǎn)基本相等。PAV老化后的性能變化規(guī)律與RTF0T相類似,但針入度和延度降幅更大,分別降低了44.9%和81.6%,軟化點(diǎn)則差別不大。(2)隨著紫外老化時間的增加,高黏瀝青的軟化點(diǎn)呈現(xiàn)增加的趨勢,針入度隨老化時間的增加而下降。當(dāng)老化時間小于15 d時,延度的變化趨勢較為均勻,而時間增加至20 d時,延度出現(xiàn)了明顯的降低。紫外老化有助于提升瀝青黏附性。(3)復(fù)合老化初期,高黏瀝青的軟化點(diǎn)主要受紫外老化的影響,而在后期,則以熱氧老化為主。復(fù)合老化作用下,高黏瀝青的針入度下降速率要大于單一因素作用,高黏瀝青低溫性能的降低主要以紫外老化作用為主。

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