西藏高海拔地區(qū)瀝青老化室內(nèi)外對(duì)比分析

夏洋洋

（西藏大學(xué)工學(xué)院，西藏拉薩 850000）

1 高海拔地區(qū)瀝青老化影響因素分析與研究目的

瀝青老化是指瀝青熱拌、施工及使用過程中受到溫度、光照、空氣和降水等外界環(huán)境因素的影響以及車輛荷載的作用而發(fā)生揮發(fā)、氧化等一系列不可逆的物理變化和化學(xué)變化，使瀝青性質(zhì)發(fā)生較大的變化，宏觀上表現(xiàn)為質(zhì)量發(fā)生變化、針入度減小、軟化點(diǎn)升高以及延度變小，從而導(dǎo)致了瀝青性能的劣化。瀝青老化后，瀝青的指標(biāo)出現(xiàn)劣化，表現(xiàn)在瀝青的粘度增大、軟化點(diǎn)升高，針入度、延度降低。老化后瀝青的粘附性、柔性等性質(zhì)也隨之劣化，使瀝青混合料的耐久性、水穩(wěn)性和低穩(wěn)抗裂性降低。老化的瀝青路面表現(xiàn)為表面干枯、脆化、進(jìn)而出現(xiàn)開裂、松散等病害?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）于2011 年正式執(zhí)行，在規(guī)范中認(rèn)為薄膜烘箱實(shí)驗(yàn)（TFOT）和旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱實(shí)驗(yàn)（RTFOT）對(duì)于實(shí)驗(yàn)所能夠得到的結(jié)論相差不大，兩者都可以作為短期老化的實(shí)驗(yàn)方法。在高海拔地區(qū)，隨著瀝青路面建成通車后，荷載與光照等影響因素，會(huì)導(dǎo)致瀝青的老化現(xiàn)象。拉薩市光照強(qiáng)度大，日照時(shí)間長。西藏是全國的太陽輻射最強(qiáng)的地方，拉薩全年總輻射是同緯度成都的2.1 倍，上海的1.7 倍。拉薩全年日照時(shí)數(shù) 3005h，為成都的2.4 倍，上海的1.5 倍。在高原地區(qū)修建瀝青道路，瀝青的老化規(guī)律與光照時(shí)間將成為重點(diǎn)的研究對(duì)象。

瀝青老化后將會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的龜裂、集料的剝離等路面病害，影響行車的舒適性與安全。通過瀝青薄膜烘箱實(shí)驗(yàn)（TFOT），把瀝青的老化程度與光照程度經(jīng)行分析，找出相關(guān)性，能夠?yàn)槿蘸笤诟咴貐^(qū)修建道路提供有力的參考依據(jù)。本文所用瀝青為世面上常見的70﹟基質(zhì)瀝青。其相關(guān)性能見表1。

表1 70﹟基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

2 瀝青老化試驗(yàn)方案

瀝青的老化特性主要受到時(shí)間還有紫外線強(qiáng)度的影響，可以將時(shí)間與受到紫外線照射的強(qiáng)度進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)。同時(shí)為了探究室外紫外線對(duì)瀝青組分影響深度，本文采用了不同厚度的瀝青進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從針入度、軟化點(diǎn)、延度三大指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。

2.1 瀝青室內(nèi)老化試驗(yàn)

當(dāng)前主要采用SHRP 計(jì)劃中所提出的薄膜烘箱老化試驗(yàn)（TFOT），根據(jù)規(guī)定，將50g 瀝青放在14cm 的圓盤上，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為163℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為5h。儀器應(yīng)按放在通在條件良好的試驗(yàn)室，（在做試驗(yàn)時(shí)，有含瀝青的熱空氣溢出）供電線路單獨(dú)控制，并具有良好的保險(xiǎn)、接地、在電壓不穩(wěn)條件下，加裝220V、3000W穩(wěn)壓器，啟動(dòng)電源，調(diào)節(jié)各部件工作是否正常，按試驗(yàn)要求溫度調(diào)止163℃，觀察工作室儀表顯示溫度。恒溫后即可按試驗(yàn)方法規(guī)定稱取一定瀝青試樣，分別裝入縮口試驗(yàn)瓶中，然后均勻地安裝在轉(zhuǎn)盤孔內(nèi)，（當(dāng)含有樣品的試驗(yàn)瓶不足8 只時(shí)，也應(yīng)將空瓶安放在轉(zhuǎn)盤孔內(nèi)），啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)和烘箱下部流量計(jì)穩(wěn)流閥，供其流量為4000mL/min，當(dāng)?shù)竭_(dá)試驗(yàn)：規(guī)定時(shí)間后停止加熱、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，開啟工作室門將試樣瓶取出，老化試驗(yàn)儀器見圖1。

圖1 瀝青老化試驗(yàn)機(jī)

2.2 瀝青室外老化試驗(yàn)

將瀝青置于室外進(jìn)行老化試驗(yàn)，為了驗(yàn)證室外紫外線所影響瀝青深度進(jìn)行對(duì)比，室外所用瀝青容器也為14cm，分別將50g、60g、70g 放在圓盤上。實(shí)驗(yàn)時(shí)間以30d 為一個(gè)階段，共有四個(gè)階段。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 同質(zhì)量室內(nèi)老化試驗(yàn)結(jié)果與室外老化結(jié)果

將同樣質(zhì)量的瀝青經(jīng)過室外環(huán)境實(shí)驗(yàn)之后，進(jìn)行瀝青三大指標(biāo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 70﹟基質(zhì)瀝青室內(nèi)外老化后性能指標(biāo)

3.2 紫外線對(duì)不同瀝青層影響厚度的對(duì)比

為了探究紫外線對(duì)不同瀝青層厚度的影響，將不同瀝青層后的瀝青經(jīng)過四個(gè)階段后，進(jìn)行三大指標(biāo)實(shí)驗(yàn)，針入度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 3~表 5。

表3 70﹟基質(zhì)不同厚度瀝青室內(nèi)外老化后針入度指標(biāo)

表4 70﹟基質(zhì)不同厚度瀝青室內(nèi)外老化后軟化點(diǎn)指標(biāo)

表5 70﹟基質(zhì)不同厚度瀝青室內(nèi)外老化后15℃延度指標(biāo)

不同厚度的瀝青經(jīng)過室外紫外線照射四個(gè)階段，針入度變化并不明顯，說明紫外線對(duì)瀝青針入度影響不大。

不同厚度的瀝青經(jīng)過室外紫外線照射四個(gè)階段，軟化點(diǎn)變化并不明顯，說明紫外線對(duì)瀝青針入度影響不大。

不同厚度的瀝青經(jīng)過室外紫外線照射四個(gè)階段，隨著瀝青厚度的增加，延度略有變化，但增長的幅度有限。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從表1 可以看出，瀝青經(jīng)過室內(nèi)薄膜烘箱老化試驗(yàn)（TFOT），瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)與室外瀝青經(jīng)過60d 相近。已有的相關(guān)研究中，平原地區(qū)經(jīng)過90d 才能達(dá)到薄膜烘箱老化試驗(yàn)（TFOT）的實(shí)驗(yàn)效果，說明在拉薩等高海拔地區(qū)，短期瀝青老化比平原快1/3 左右。

從表3~表5，可以看出，表3 中針入度指標(biāo)隨著瀝青厚度的增加，改變并不明顯，說明紫外線能夠影響的瀝青厚度有限。表4中軟化點(diǎn)隨著瀝青厚度的增加，數(shù)值變低，但其數(shù)值變化幅度有限，隨著室外照射時(shí)間增加，到了第四階段，瀝青軟化點(diǎn)隨著厚度增加，數(shù)值變化比較大，通過觀察與觸碰，是瀝青表面產(chǎn)生細(xì)小龜裂，而厚度的增加能夠很好地降低其軟化點(diǎn)數(shù)值。表5 中延度指標(biāo)與軟化點(diǎn)指標(biāo)有類似的數(shù)值變化，都是指標(biāo)初期變化不明顯，但是經(jīng)過三個(gè)階段后，厚度指標(biāo)影像力增強(qiáng)。

在瀝青經(jīng)過完整的四個(gè)階段，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，瀝青表面產(chǎn)生一些細(xì)微的裂縫，同時(shí)產(chǎn)生碳化現(xiàn)象，導(dǎo)致紫外線能夠照射到更深處的位置，在高原地區(qū)實(shí)際施工中，建議適當(dāng)增加瀝青含量。

4 結(jié)論

本文針對(duì)西藏拉薩地區(qū)太陽輻射強(qiáng)，通過薄膜烘箱老化試驗(yàn)（TFOT）對(duì)比了室內(nèi)外瀝青針入度、延度、軟化點(diǎn)三大指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)高原地區(qū)瀝青老化現(xiàn)象明顯高于平原地區(qū)，120d 老化速度快了大約1/3。同時(shí)推薦在實(shí)際施工中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加瀝青用量。