瀝青路面的耐老化性能探討

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氫化合物分子組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)生自身組分的化學變化[3]。而當溫度高于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，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為更好地模擬現(xiàn)實的施工條件、方法簡單不復雜、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著重體現(xiàn)瀝青混合料壓實成型試件持續(xù)氧化的效應，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，當容器密閉后，注入氧氣達到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準一樣，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降低溫度。不應超過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。