瀝青用量對(duì)瀝青混合料老化性能的影響研究

黃澤國(guó)，龔文劍，張江飛，潘海濱

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國(guó)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，公路里程不斷延伸，瀝青路面長(zhǎng)期服役性能研究的重要性日趨凸顯。瀝青路面在長(zhǎng)期服役中逐漸老化，瀝青延度不斷降低，其脆性增加，會(huì)嚴(yán)重削弱瀝青及瀝青混合料的力學(xué)性能，最終造成瀝青路面出現(xiàn)龜裂、坑槽等病害。

大部分關(guān)于瀝青老化行為的研究直接對(duì)瀝青混合料進(jìn)行熱氧老化或者紫外老化，而后評(píng)價(jià)其老化前后的指標(biāo)差異或者不同老化階段的指標(biāo)衰變曲線(xiàn)。常用的老化方式為163 ℃下4 h的旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱法(RTFOT)和20 h的壓力老化法(PAV)等[1-2]，目前也有新型的瀝青老化方法出現(xiàn)，比如美國(guó)推廣的簡(jiǎn)單老化方法(USAT)等[3]。

然而，實(shí)際瀝青路面中的瀝青膠結(jié)料老化過(guò)程中瀝青老化速度亦受混合料配合比影響：對(duì)于瀝青用量較多、集料級(jí)配較細(xì)的混合料而言，其瀝青膜厚度較厚，整體老化速度較慢；同時(shí)瀝青混合料中填料也會(huì)顯著影響瀝青老化進(jìn)程，研究表明填料可以顯著地降低瀝青老化速度[4]。

綜上，現(xiàn)有研究雖對(duì)瀝青膠結(jié)料老化后性能變化開(kāi)展了大量工作，但是難以真實(shí)地表現(xiàn)混合料中瀝青的老化特性，而且關(guān)于不同瀝青用量下混合料中瀝青的老化行為研究亦不充分。為充分研究混合料中瀝青的真實(shí)老化行為，本文采用松散料老化及阿布森抽提的方法，以老化后抽提瀝青三大指標(biāo)以及布氏黏度為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行不同油石比下混合料中瀝青的老化行為研究。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料及配合比

1.1.1 原材料

本文采用泰普克70#瀝青膠結(jié)料與石灰?guī)r集料、填料制備AC-13瀝青混合料，其技術(shù)指標(biāo)與級(jí)配分別如表1～2所示。

表1 泰普克70#瀝青膠結(jié)料性能指標(biāo)表

表2 石灰?guī)r集料及填料性能指標(biāo)表

1.1.2 瀝青混合料配合比

試驗(yàn)所用瀝青混合料級(jí)配如表3所示，級(jí)配曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 AC-13瀝青混合料級(jí)配曲線(xiàn)圖

表3 AC-13瀝青混合料級(jí)配通過(guò)率表

對(duì)于同一種級(jí)配混合料，通過(guò)調(diào)整瀝青用量，可以獲得不同的瀝青膜厚度，從而探究其老化行為差異。本文分別采用4%、4.5%、5%、5.5%、6%的瀝青油石比制備瀝青混合料。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 瀝青老化與抽提

為了模擬混合料中瀝青真實(shí)老化方式，將制備好的瀝青混合料以松散堆積的形式進(jìn)行烘箱短期老化(135 ℃，4 h)，而后再進(jìn)行烘箱長(zhǎng)期老化(85 ℃，120 h)。為保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，松散瀝青混合料堆積質(zhì)量為21 kg/m2。兩種老化階段后，均對(duì)松散瀝青混合料重新拌和，再以二分法取樣，每次取樣為2 kg。采用阿布森法回收其中的瀝青進(jìn)行性能分析。

1.2.2 老化前后瀝青性能評(píng)價(jià)

對(duì)于從不同瀝青含量混合料中抽提出的老化瀝青，采用針入度、軟化點(diǎn)、5 ℃延度和60 ℃布氏黏度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其試驗(yàn)方法分別參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中的T 0604、T 0605、T 0606及T 0625。

2 結(jié)果與分析

各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 試驗(yàn)結(jié)果匯總表

2.1 針入度變化

老化后從不同瀝青用量混合料中抽提的瀝青針入度變化情況如表5和下頁(yè)圖2所示。短期老化后瀝青針入度迅速下降，降低幅度最大達(dá)到42.6%，隨著瀝青用量的增加，降低幅度不斷減小，針入度比不斷增大；長(zhǎng)期老化后瀝青針入度呈現(xiàn)相似規(guī)律。由此可見(jiàn)，瀝青用量的增加，能夠減緩混合料中瀝青老化過(guò)程中的針入度損失。

表5 老化后混合料針入度變化試驗(yàn)結(jié)果表

圖2 老化后混合料針入度比變化情況曲線(xiàn)圖

2.2 軟化點(diǎn)變化

老化后從不同油石比混合料中抽提的瀝青軟化點(diǎn)變化情況如表6和圖3所示。隨著油石比的增加，短期老化后軟化點(diǎn)增值不斷降低，由最大27 ℃的增值降低到20.0 ℃，增加比例由4.0%油石比時(shí)的55.1%，降低到6.0%油石比下的40.8%；長(zhǎng)期老化下的軟化點(diǎn)增值呈現(xiàn)相似規(guī)律，且隨著油石比的增加，短期老化和長(zhǎng)期老化的軟化點(diǎn)增值差不斷減小。由此可見(jiàn)，瀝青用量的增加能夠提高瀝青在老化過(guò)程中的溫度敏感性，減緩瀝青老化過(guò)程。

表6 老化后混合料軟化點(diǎn)增值試驗(yàn)結(jié)果表

圖3 老化后混合料軟化點(diǎn)增值曲線(xiàn)圖

2.3 延度變化

從老化后的混合料5 ℃延度損失量看，長(zhǎng)期老化后混合料延度的損失量顯著大于短期老化后的混合料。隨著油石比的增加，老化后混合料的延度損失量均出現(xiàn)變小的規(guī)律：短期老化下的混合料延度由最初2.3 cm的損失量，減小到0.9 cm的損失量；而長(zhǎng)期老化下的混合料延度則由最初的4.6 cm的損失量降低到3.1 cm。由此可見(jiàn)，瀝青用量的增加，提高了混合料老化后瀝青的抗塑性變形能力。詳見(jiàn)表7和圖4。

表7 老化后混合料延度損失情況試驗(yàn)結(jié)果表

圖4 老化后混合料延度損失情況曲線(xiàn)圖

2.4 黏度變化

老化后從不同油石比的混合料中抽提瀝青的布氏黏度變化情況如表8和圖5所示。從結(jié)果上看，隨著瀝青用量的增加，黏度比及老化指數(shù)均出現(xiàn)下降趨勢(shì)：短期老化下，黏度比及老化指數(shù)分別從最初的4.1和0.047 3下降到1.3和0.007 9；長(zhǎng)期老化下，黏度比及老化指數(shù)分別從最初的23.7和0.100 0下降到14.9和0.086 7。由此可見(jiàn)，瀝青用量的增加，降低了瀝青在混合料中的老化速度。

表8 老化后混合料黏度比及老化指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

圖5 混合料老化指數(shù)變化曲線(xiàn)圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)不同油石比瀝青混合料松散堆積老化的方式，研究了瀝青混合料中瀝青用量及瀝青膜厚度對(duì)其老化后性能指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：

(1)瀝青用量的增加提高了混合料中瀝青的油膜厚度，能夠影響混合料中瀝青老化后性能指標(biāo)的變化規(guī)律。隨著瀝青用量增加，瀝青老化程度呈現(xiàn)先快后慢的下降趨勢(shì)。

(2)高瀝青含量混合料具有更好的抗老化性能，其原因不僅在于具有較小的空隙率，還因較厚的油膜厚度抗老化性能更好。