基于老化工況的不同類型瀝青路用性能研究

史 芳

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南 714000)

瀝青路面具有平整度高、路用性能優(yōu)良、行車安全性高及行車舒適感強等一系列優(yōu)點,成為我國高等級公路的重要形式之一[1]。但在日常應(yīng)用過程中,由于瀝青路面暴露于自然環(huán)境當(dāng)中,它會受到日照、雨水、風(fēng)及溫度等一系列自然環(huán)境因素的綜合影響,從而逐漸發(fā)生變化,導(dǎo)致其自身性能出現(xiàn)一定的衰減[2-3]。在諸多環(huán)境影響因素中,太陽輻射作為最為主要的環(huán)境影響因素,由于其組成中含有紫外線,對于瀝青路面的長時間照射不但會造成瀝青路面內(nèi)部溫度升高,還會在一定程度上加速瀝青的老化,致使瀝青自身的粘彈特性逐漸下降,伴隨著道路行車的荷載作用,瀝青路面會出現(xiàn)路用性能下降、表面磨光,嚴(yán)重時會出現(xiàn)車轍等道路病害,不但影響道路的正常使用,還會對行車安全造成威脅[4-5]。

因此,本文選擇了現(xiàn)有道路領(lǐng)域常用的多種瀝青材料作為主要的試驗研究對象,通過薄膜老化箱進(jìn)行老化處理,采用軟化點、延度、針入度、彈性恢復(fù)等試驗,對比分析老化前后其性能的差異,欲為道路瀝青材料的長期應(yīng)用性能衰減研究提供依據(jù)。

1 瀝青原材料

本文優(yōu)選現(xiàn)有道路領(lǐng)域常用的SBS改性瀝青、殼牌基質(zhì)瀝青、鎮(zhèn)?；|(zhì)瀝青作為主要研究對象,以上三類瀝青的基本信息見表1。

表1 試驗采用瀝青的基本信息

本文優(yōu)選的瀝青材料均為高質(zhì)量瀝青材料,其各項性能技術(shù)指標(biāo)均能夠滿足國家規(guī)范的相關(guān)要求,可為后續(xù)試驗研究奠定良好的基礎(chǔ)。

2 瀝青老化試驗

為了能夠全面地研究瀝青材料的老化前后各項性能的變化規(guī)律,本文主要采用薄膜老化RT試驗方法進(jìn)行瀝青材料的老化試驗,老化時間主要選擇為5 h、10 h、20 h。在進(jìn)行老化試驗后,分別對原樣瀝青和老化瀝青的軟化點、延度、針入度及彈性恢復(fù)等性能指標(biāo)進(jìn)行全面測定,對比分析老化前后瀝青材料各項性能的變化,以確定瀝青材料的性能衰變規(guī)律。薄膜老化RT實驗設(shè)備見圖1。

圖1 薄膜老化試驗箱

3 老化條件下的瀝青性能對比研究

3.1 軟化點

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至軟化溫度,當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)時,將瀝青澆筑在環(huán)裝模具內(nèi)部,放置室溫通風(fēng)處冷卻。對瀝青試件進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)后,采用軟化點儀器分別對老化前后的瀝青試件進(jìn)行軟化點測試。測試結(jié)果見表2。

表2 軟化點試驗結(jié)果

由表2可知,隨著老化時間的逐漸延長,不同類型瀝青的軟化點均出現(xiàn)了明顯的提高,其中SBS改性瀝青的軟化點從68 ℃最終上升到74 ℃,增長幅度為6 ℃；而殼牌基質(zhì)瀝青的軟化點從49 ℃最終上升到57 ℃,增長幅度為8 ℃；而鎮(zhèn)?；|(zhì)瀝青的軟化點從46 ℃最終上升到55 ℃,增長幅度為9 ℃。這表明老化處理后,不同類型瀝青的高溫性能出現(xiàn)了一定程度的提高,其中基質(zhì)瀝青相比改性瀝青而言,其老化變化速率顯著高于改性瀝青,這在一定程度上表明了改性瀝青性能的穩(wěn)定性。

3.2 針入度

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態(tài),將瀝青注入圓柱狀模具中,澆筑過程中應(yīng)保持模具穩(wěn)定,防止瀝青試樣內(nèi)部出現(xiàn)氣泡,保證試件表面平整度,減少對于實驗結(jié)果的不利影響。將制備好的試驗試件冷卻至室溫,進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)后,放置于針入度試驗儀上,按照試驗規(guī)程的試驗步驟進(jìn)行老化前后不同類型瀝青的針入度測試。原樣瀝青及老化后瀝青試樣的針入度測試結(jié)果見表3。

表3 針入度試驗結(jié)果

由表3可知,三種不同類型瀝青中,鎮(zhèn)海基質(zhì)瀝青的針入度最大,為86,而隨著老化時間的不斷增大,其針入度下降幅度也最快,當(dāng)達(dá)到20 h的老化時間時,其針入度已經(jīng)下降為34,僅為原樣瀝青的39.5%,這表明鎮(zhèn)海瀝青的耐老化性能較差,隨著老化時間的延長,性能衰減較大。而殼牌基質(zhì)瀝青在老化后其針入度也出現(xiàn)了較大程度的下降,老化后的針入度僅為原樣瀝青的48.6%。而SBS改性瀝青的抗老化性能明顯優(yōu)于另外兩種基質(zhì)瀝青,其老化后針入度為原樣瀝青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3.3 延度

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態(tài),注入延度模具中,冷卻至室溫后將試件放入延度儀中,在15 ℃下保溫后進(jìn)行延度試驗。延度試驗結(jié)果見表4。

表4 15 ℃延度試驗結(jié)果

由表4可知,在經(jīng)過老化試驗后,不同類型瀝青的延度均出現(xiàn)了較大幅度的下降,最終當(dāng)老化時間達(dá)到20 h時,延度均在10 mm以內(nèi),這表明瀝青老化對于其自身的延度具有極大的不良影響。

3.4 彈性恢復(fù)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態(tài),制備彈性恢復(fù)試驗試件,在適當(dāng)養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行彈性恢復(fù)試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 彈性恢復(fù)試驗結(jié)果

由表5可知,SBS改性瀝青的彈性恢復(fù)率下降較大,下降幅度約為62%,這主要是由于SBS改性瀝青自身具有良好的彈性,因此,在老化后下降較為明顯,而普通基質(zhì)瀝青自身彈性相對較差,其下降空間較小,因此，其在老化后彈性恢復(fù)率變化相對較小。

4 結(jié) 語

1)老化處理后,不同類型瀝青的高溫性能出現(xiàn)了一定程度的提高,其中基質(zhì)瀝青相比改性瀝青而言,其老化變化速率顯著高于改性瀝青,這在一定程度上表明了改性瀝青性能的穩(wěn)定性。

2)鎮(zhèn)海瀝青的耐老化性能較差,隨著老化時間的延長,性能衰減較大,殼牌基質(zhì)瀝青在老化后其針入度也出現(xiàn)了較大程度的下降,而SBS改性瀝青的抗老化性能明顯優(yōu)于另外兩種基質(zhì)瀝青,其老化后針入度為原樣瀝青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3)在經(jīng)過老化試驗后,不同類型瀝青的延度均出現(xiàn)了較大幅度的下降,最終當(dāng)老化時間達(dá)到20 h時,延度均在10 mm以內(nèi),這表明瀝青老化對于其自身的延度具有極大的不良影響。

4)SBS改性瀝青的彈性恢復(fù)率下降較大,下降幅度約為62%,這主要是由于SBS改性瀝青自身具有良好的彈性,而普通基質(zhì)瀝青自身彈性相對較差,在老化后彈性恢復(fù)率變化相對較小。

[1] 陳華鑫, 陳拴發(fā), 王秉綱. 基質(zhì)瀝青老化行為與老化機(jī)理[J]. 合成材料老化與應(yīng)用, 2009, 38(1):125-130．

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