瀝青路面要保證具有一定的使用年限,而不會在較短時間內(nèi)出現(xiàn)路面大修,除考慮路面結(jié)構(gòu)上設(shè)計合理之外還要保證面混合料具有耐久性。耐久性好壞使用抗老化性能、耐疲勞性能、水穩(wěn)定性和抗滑特性幾方面評價。而其中的抗老化性能評價較復(fù)雜,且瀝青老化的影響因素較多。從影響瀝青老化的各個階段出發(fā),合理分析不同因素的影響,并列舉出現(xiàn)階段的試驗評價方法,總結(jié)試驗方法的差異。
關(guān)鍵詞: 瀝青老化 因素 紫外線
中圖分類號:U418 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973(2012)007-009-02
1 引言
瀝青老化是從瀝青產(chǎn)生開始直到其性質(zhì)發(fā)生改變,內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致路用性能劣化的過程。這一過程中,發(fā)生老化階段包括貯存、運輸、混合料制備和后期路面使用過程。影響老化的主要是外界因素,如:加熱、氧氣、光照和水。瀝青的老化主要發(fā)生在混合料拌和以及道路使用過程中,是隨時間的延長逐漸產(chǎn)生的,老化速率直接關(guān)聯(lián)路面的使用壽命,是影響瀝青路面耐久性的主要因素。
為評價瀝青老化,在我國瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗和薄膜烘箱試驗兩種方法評價。在不同的階段還用短期老化和長期老化試驗方法評價。短期老化的方法總結(jié)三種方法:烘箱老化法、延時拌和法和微波加熱法;長期老化總結(jié)三種方法:加壓氧化處理、延時烘箱加熱和紅外線或紫外線處理。瀝青混合料老化前后的性能發(fā)生較大變化,可以利用瀝青混合料的力學(xué)性能試驗和瀝青混合料回收瀝青的性能試驗結(jié)果的變化來評價。
2 影響老化因素
老化的影響因素是多方面的,大體分為兩種,內(nèi)部因素和外部因素。兩種因素共同影響產(chǎn)生瀝青老化。按時間的長短分短期和長期老化。各階段存在的影響因素同老化的分期如圖1所示。
2.1 老化內(nèi)部因素
內(nèi)部因素主要是材料自身的組分差異導(dǎo)致。不同產(chǎn)地生產(chǎn)的瀝青組分不同導(dǎo)致抗老化性能有較大差異。如瀝青粘度,瀝青粘度越大,氧氣擴(kuò)散進(jìn)人瀝青分子的難度越大,氧化反應(yīng)越少,則瀝青性質(zhì)變化較小,相反則較大;生產(chǎn)時是否引入改性劑,也有較大影響。因此,瀝青自身的性質(zhì)必然會影響瀝青老化;另外,瀝青老化還與在混合料中所處的狀態(tài)有關(guān),如成型后空隙率和瀝青用量等。
2.2 老化外部因素
瀝青作為路面材料同外界環(huán)境接觸,且在加工、儲存、運輸和混合料拌和的過程中一直處于較高溫度,加快了瀝青各組分的變化。在成型以后,路面長期受外界作用,如日光照射、空氣氧化、雨水浸泡、冰雪覆蓋、交通負(fù)荷等,導(dǎo)致瀝青發(fā)生揮發(fā)、分解、氧化等反應(yīng),瀝青會逐漸失去粘彈性質(zhì)產(chǎn)生老化。
包括的主要類型有:(1)瀝青的氧化老化,其速度受溫度影響較大。當(dāng)溫度>100℃時,瀝青有明顯的脫氫縮合現(xiàn)象;(2)瀝青受熱老化,是指瀝青中的輕質(zhì)油分在受熱狀態(tài)下不斷揮發(fā),影響瀝青組分組成比例所產(chǎn)生的瀝青性能的變化,另外由于瀝青中含有的不飽和碳鏈具有不穩(wěn)定性,在溫度較高時會發(fā)生縮聚反應(yīng)使瀝青組分的結(jié)構(gòu)鏈接改變,導(dǎo)致瀝青性質(zhì)變化;(3)水損害老化,瀝青中可溶性物質(zhì)易被雨水溶解而產(chǎn)生流失,這也會造成瀝青的老化變質(zhì);(4)光照老化,瀝青路面長時間處于日光照射之下,光對瀝青的耐久性影響較大。在自然光中,紫外線對瀝青老化的影響zui大。
3 瀝青老化試驗方法
道路瀝青路面施工時,受加熱過程影響瀝青產(chǎn)生短期老化。路面建成后,長期暴露在大氣環(huán)境中,經(jīng)受自然因素的作用,同時還要受到汽車等應(yīng)力作用,因此瀝青混合料老化后的性能更接近瀝青路面的使用性能,這對評價和預(yù)測瀝青路面的耐久性更有實際意義。
3.1 短期老化的試驗方法
短期老化是在混合料施工中由于受熱使瀝青輕質(zhì)油分揮發(fā)和氧化造成。試驗方法應(yīng)體現(xiàn)施工階段的老化效果,主要采用的有三種方法:烘箱老化法、延時拌和法、微波加熱法。根據(jù)規(guī)范瀝青薄膜加熱試驗和瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗?zāi)M短期的老化行為。對比試驗前后瀝青的質(zhì)量損失,殘留物的針入度、粘度、延度及脆點等指標(biāo)的變化,以評定瀝青的耐老化性能。
烘箱加熱法具有模擬施工條件好、易于操作和設(shè)備費用低等優(yōu)勢,被業(yè)界認(rèn)為是室內(nèi)模擬瀝青混合料短期老化的zui有效的方法。烘箱加熱法作為瀝青混合料短期老化的試驗評價方法,在使用中模擬瀝青混合料老化程度,需要控制的重要條件是溫度和時間效應(yīng)。該試驗條件是將混合料置于(135??)℃的強(qiáng)制通風(fēng)箱中老化4h??min,而后測定其力學(xué)性質(zhì)。通過不同工程瀝青路面鉆芯取樣與室內(nèi)經(jīng)過不同老化時間后成型試件的回彈模量試驗進(jìn)行了比較,混合料試件的回彈模量相近,說明模擬試件代表了瀝青混合料在施工階段的一個水平。
瀝青薄膜加熱試驗方法為:利用圓盤形盛樣皿裝50g??.5g瀝青,制成厚度均勻的瀝青薄膜,放入烘箱內(nèi)的轉(zhuǎn)盤上恒溫在163℃,并使轉(zhuǎn)盤以5.5r/min的速度旋轉(zhuǎn)。持續(xù)加熱5h后,瀝青的老化完成。冷卻瀝青試樣并干燥后,測定質(zhì)量損失和老化后殘留物的各項基本指標(biāo)。瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗的方法同瀝青薄膜加熱相似,主要是采用了旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱并利用盛樣瓶裝試樣,加快了老化速率,因此持續(xù)時間變?yōu)?5min,指標(biāo)測定等同瀝青薄膜加熱試驗,瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗對瀝青的老化作用要強(qiáng)于瀝青薄膜加熱試驗。
3.2 長期老化試驗方法
長期老化試驗方法主要是研究瀝青混合料在壓實成型試件后持續(xù)氧化效應(yīng)等因素作用導(dǎo)致的老化。主要有三種方法:加壓氧化處理、延時烘箱加熱以及紅外線或紫外線處理。延時烘箱加熱和加壓氧化處理是混合料試驗室長期老化方法中zui有效的方法。現(xiàn)處于研究階段的主要是瀝青紫外線老化,這一方法考慮到在紫外線的作用下,誘發(fā)氧化反應(yīng)所需氧的影響,還有模擬過程中溫度的控制等關(guān)鍵因素,若能較好控制,將會得出更加接近實際的結(jié)果。
3.3 評價瀝青混合料老化效果的指標(biāo)
長期老化評價有三種方法:(1)加壓條件下對瀝青氧化處理;(2)利用烘箱,對材料采取延時烘箱加熱;(3)利用瀝青敏感的光線照射處理,如采用紅外線或紫外線照射?,F(xiàn)在大多采用評價瀝青混合料老化效果的方法分為兩方面:對老化后瀝青混合料進(jìn)行力學(xué)性能試驗和通過回收的方式得到的老化后瀝青的性能試驗。利用老化后瀝青混合料做力學(xué)性能試驗,包括有靜態(tài)和動態(tài)模量試驗、間接拉伸試驗、蠕變試驗。模量試驗可以獲得老化全過程中各個階段的模量數(shù)據(jù)。間接抗拉試驗值增量明顯,因此也開始漸漸被重視。從試驗室和野外老化瀝青混合料中回收瀝青,采用針人度、延度、粘度、組分等指標(biāo)同已有數(shù)據(jù)對比,作為評價瀝青混合料有效性的評估結(jié)果。
對不同方法得到的老化后瀝青進(jìn)行組分考察,分析化學(xué)組分變化同路用性能改變之間。得出老化后瀝青變化組分是膠質(zhì)和瀝青質(zhì),在基本指標(biāo)上,軟化點的值成近似等比上升趨勢,針入度呈現(xiàn)曲線下降趨勢,延度值表現(xiàn)為下降。所以通過老化后的基本指標(biāo)可以很好反映出瀝青老化后的性能變化。
4 結(jié)語
瀝青老化受很多因素影響,所以研究和試驗過程中應(yīng)考慮到不同因素的作用方面。文中指出內(nèi)外的影響因素,并分階段說明了各因素的主要影響方面,有利于為使用者們在使用瀝青過程中控制工藝,減小不同階段的瀝青老化。
對于道路中的瀝青混凝土路面,在不同階段瀝青的老化程度決定著路面的路用性能。使用不同的試驗方法可以模擬出老化后的瀝青狀態(tài),根據(jù)不同的指標(biāo)測試可以判斷出老化后的性能變化,進(jìn)而指導(dǎo)道路的施工和后期路面的養(yǎng)護(hù)處理,所以應(yīng)合理選擇老化判斷方法和指標(biāo)對比。