重交通道路瀝青抗老化性能研究

張洪勇

(重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，400025)

重交通道路瀝青抗老化性能研究

張洪勇

(重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，400025)

針對(duì)重交通道路瀝青抗老化的性能的研究，首先要明確試抗老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)，然后詳細(xì)論述試驗(yàn)研究的結(jié)果，,最后分析這個(gè)試驗(yàn)中體現(xiàn)的抗老化性能，主要內(nèi)容有：高溫抗車轍能力、低溫抗開裂性能、抗疲勞性能，通過(guò)這種方式更好的進(jìn)行瀝青鋪筑，提升道路的質(zhì)量，為人們創(chuàng)造良好的行車環(huán)境。

重交通道路；瀝青；抗老化性能

在重交通道路瀝青抗老化性能研究中，通過(guò)使用瀝青老化以后表示高溫抗車轍、低溫抗開裂等現(xiàn)象，表征瀝青的老化程度，這種指標(biāo)也被稱為SHRP。在本次試驗(yàn)中，主要選用的這種試驗(yàn)方法，對(duì)有代表性的重交通道路瀝青的抗老化性能進(jìn)行研究。

一、試驗(yàn)基礎(chǔ)研究

在本次試驗(yàn)研究中，使用多種重交通道路瀝青進(jìn)行研究，有些使用進(jìn)口原油，有些使用國(guó)產(chǎn)稠油制作而成。如果按照我國(guó)生產(chǎn)道路瀝青的材料，可以制成多種瀝青，現(xiàn)以7種瀝青為例，有3種中東油源瀝青，4種國(guó)內(nèi)油源瀝青。

本次試驗(yàn)的應(yīng)用方法，主要通過(guò)針入度、軟化點(diǎn)和延度等，還要進(jìn)行薄膜烘箱試驗(yàn)（TFOT）。在SHRP的規(guī)范試驗(yàn)中，要進(jìn)行壓力老化試驗(yàn)，對(duì)瀝青鋪在路面上5年內(nèi)的使用情況進(jìn)行模擬。然后模擬動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，對(duì)瀝青的復(fù)合模量進(jìn)行測(cè)量。最后工作人員要進(jìn)行彎曲梁試驗(yàn)和直接拉伸試驗(yàn)，通過(guò)這兩種方式，測(cè)量瀝青在達(dá)到極限蠕變勁度、蠕變應(yīng)變速率以及極限拉伸應(yīng)變時(shí)的溫度[1]。

二、試驗(yàn)研究的結(jié)果

針對(duì)瀝青抗老化的性能研究，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)是根據(jù)瀝青老化前后出現(xiàn)的性質(zhì)變化。主要比較瀝青的質(zhì)量、針入度、延度和軟化點(diǎn)等等，通過(guò)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行表示。

在同一個(gè)老化階段，不同的瀝青，其老化程度之間沒(méi)有規(guī)律。如果使用老化前后，瀝青性質(zhì)的變化，去體現(xiàn)瀝青老化的程度，那么在短期的老化階段與長(zhǎng)期的老化階段有著明顯的差異。在這些描述中，不同溫度下瀝青展示出了不同的物理性能，工作人員要明確瀝青的復(fù)合模量，針入度描述瀝青的等溫粘度，以及軟化點(diǎn)對(duì)這種溫度的反映。

在不同的指標(biāo)之間，這種不一致表明瀝青老化在物理性質(zhì)方面的影響不同，在不同的溫度下，瀝青性質(zhì)的體現(xiàn)也有所不同。在瀝青短期老化和長(zhǎng)期老化階段，因?yàn)槔匣瘷C(jī)理不一致，其老化程度也有所不同[2]。工作人員發(fā)現(xiàn)在短期老化中，前后某一個(gè)溫度點(diǎn)或是某一個(gè)性質(zhì)的變化，都無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)瀝青鋪在路面上的長(zhǎng)期變化。

本次研究主要根據(jù)SHRP規(guī)范中評(píng)價(jià)瀝青老化性能的方法，測(cè)量瀝青老化以后的多方面指標(biāo)，對(duì)瀝青的抗老化性能進(jìn)行分析。這種方法與傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，有著最為明顯的差異。在傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，沒(méi)有長(zhǎng)期老化，關(guān)于指標(biāo)主要采用單個(gè)溫度點(diǎn)的指標(biāo)。然后SHRP這種方法，主要是對(duì)瀝青的短期階段和長(zhǎng)期階段的老化程度進(jìn)行分析，使用的指標(biāo)和數(shù)據(jù)，符合工程的路用概念。在短期的老化中，要使用SHRP規(guī)范中RTFOT對(duì)瀝青進(jìn)行老化，這種方法與國(guó)內(nèi)的TFOT比較相像，在一些重交通道路中，可以使用TFOT代替RTFOT，所以以上觀念，均使用TFOT進(jìn)行分析。

三、瀝青抗老化性能的分析

文中通過(guò)使用SHRP評(píng)價(jià)方法，對(duì)7種有代表性的重交通道路瀝青的高溫抗車轍、低溫抗開裂以及抗疲勞開裂性能進(jìn)行分析，其結(jié)果如表1所示。

表1 ：重交通瀝青的SHRP表征

（一）高溫抗車轍能力

瀝青抗老化的體現(xiàn)，主要分為三種，一是高溫抗車轍。在瀝青路面的鋪筑初期，主要在高溫季節(jié)，促使瀝青形成高溫穩(wěn)定性。在路面設(shè)計(jì)的最高溫度中，要將原有瀝青和薄膜烘箱加熱后的瀝青，作為參考指標(biāo)。SHRP規(guī)范規(guī)定，原樣瀝青的標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于1kPa，殘余經(jīng)過(guò)薄膜烘箱加熱的瀝青不小于2.2kPa。在溫度較高時(shí)，進(jìn)行瀝青設(shè)計(jì)，瀝青擁有較強(qiáng)的抗車轍能力。在使用時(shí)間的不斷增長(zhǎng)中，瀝青會(huì)逐漸變硬，更提升了抗車轍能力。所以，工作人員可以使用原有瀝青，或是短期使用瀝青的抗車轍能力，進(jìn)行高溫抗車轍能力的表達(dá)。

（二）低溫抗開裂性能

第二點(diǎn)低溫抗開裂性能。這個(gè)內(nèi)容與高溫抗車轍能力相反，瀝青在使用中不斷老化，勁度持續(xù)增加，瀝青的低溫柔性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈栽斐?，就?huì)導(dǎo)致路面低溫開裂。所以，工作人員要細(xì)心選取瀝青低溫的性能指標(biāo)，采取有效的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。SHRP規(guī)范中，要應(yīng)用BBR試驗(yàn)分析瀝青的低溫抗裂性能，要求必要的指標(biāo)可以滿足路面需求。在瀝青蠕變勁度和荷載作用的情況下，瀝青對(duì)數(shù)曲線的斜率m滿足不小于0. 30時(shí)，其最低溫度作為瀝青的最低路面設(shè)計(jì)溫度，工作人員要在最合適的環(huán)境下鋪筑路面，保證最好的效果。一旦瀝青勁度的時(shí)間敏感性或是應(yīng)力的松弛性能大于0.3，那么需要及時(shí)使用DTT，對(duì)瀝青在低溫設(shè)計(jì)溫度時(shí)的拉伸速率進(jìn)行測(cè)定，保證其大于1.1%。由此得出瀝青在最低路面設(shè)計(jì)中，溫度越低，其低溫抗裂性能越好[3]。

（三）抗疲勞性能

最后是瀝青路面使用期間，車輪荷載的反復(fù)程度，瀝青長(zhǎng)期處于應(yīng)力變化的情況下，會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，加速其老化。如果在路面使用中，荷載超出一定數(shù)值，就會(huì)超出路面的結(jié)構(gòu)抗力，導(dǎo)致路面開裂。這種疲勞開裂的現(xiàn)象，主要發(fā)生在路面使用的后期，代表著路面瀝青使用的長(zhǎng)期老化。在SHRP規(guī)范中，評(píng)價(jià)瀝青疲勞性能的試驗(yàn)溫度相當(dāng)于最高設(shè)計(jì)溫度和最低設(shè)計(jì)溫度的平均值以上4℃。所以工作人員要選取合理的溫度，進(jìn)行TFOT再進(jìn)行PAV，通過(guò)這種方式保證其能夠符合路面要求。瀝青在試驗(yàn)過(guò)程中，溫度下降的比較快，一旦相應(yīng)數(shù)據(jù)超出5000kPa，就會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)疲勞破壞，在5000kPa時(shí)，溫度越低，其抗疲勞開裂的能力也就越強(qiáng)。

在重交通道路瀝青抗老化性能的研究中，主要是對(duì)瀝青的高溫抗車轍、低溫抗開裂，以及抗疲勞開裂的能力進(jìn)行分析，工作人員主要記錄整個(gè)過(guò)程中溫度變化，較好的找出其內(nèi)在存在的規(guī)律。根據(jù)SHRP規(guī)范中評(píng)價(jià)瀝青老化性能的方法，測(cè)量瀝青老化以后的多方面指標(biāo)，對(duì)瀝青的抗老化性能進(jìn)行分析。如果瀝青的使用溫度范圍較廣，其可能就具有相對(duì)良好的抗老化性能。

結(jié)束語(yǔ)：

本文通過(guò)對(duì)7種瀝青的研究，得出TH、XJ和LH稠油生產(chǎn)的瀝青的抗老化性能要優(yōu)于國(guó)外油源生產(chǎn)的瀝青，在道路使用中有著更為明顯的優(yōu)勢(shì)。在不同的溫度下，瀝青性質(zhì)的體現(xiàn)也有所不同。在瀝青短期老化和長(zhǎng)期老化階段，因?yàn)槔匣瘷C(jī)理不一致，其老化程度也有所不同。溫度不同，其體現(xiàn)也有不同。工作人員要認(rèn)真分析瀝青的使用溫度，在不同的工程中，進(jìn)行較好的配合和協(xié)調(diào)，更好的提高道路的質(zhì)量，為之后的道路使用奠定有利的基礎(chǔ)。

[1]李振海,從艷麗,張玉貞. 瀝青的老化與表征方法研究[J]. 石油瀝青, 2011, 05:1-6.

[2]武建民,祝偉,馬士讓. 應(yīng)用加權(quán)密切值法評(píng)價(jià)基質(zhì)瀝青抗老化性能[J]. 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,01:1-6.

[3]紀(jì)小平,侯月琴,許輝,譚學(xué)章. 基于動(dòng)態(tài)老化方程的瀝青抗老化性能對(duì)比研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào),2013,02:365-369.

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1007-6344（2016）02-0218-01