加熱溫度和時間對瀝青混合料老化的影響

何兆益，歐祖敏，劉 楠，陳宏斌

(1.重慶交通大學土木建筑學院，重慶400074;2.東南大學 交通學院，江蘇南京210018;3.甘肅省交通廳工程處，甘肅蘭州730030)

瀝青路面在使用期間承受交通、氣候等環境因素的綜合作用，瀝青混合料的使用性能保持穩定或發生較小變化的能力，稱為瀝青混合料的抗老化性能［1－2］。瀝青混合料的老化會影響瀝青路面的使用質量，降低混合料的路用性能，甚至縮短瀝青路面的使用壽命。

瀝青混合料的老化主要指混合料中的瀝青材料在拌和、攤鋪、碾壓過程中短期老化及瀝青路面使用過程中的長期老化。為了模擬瀝青老化，常用的老化方法有:TFOT(薄膜烘箱)、RTFOT(旋轉薄膜烘箱)、RMFO(旋轉微薄膜烘箱)、延遲 RTFOT、TODT(傾斜烘箱耐久性試驗)、PAV(壓力老化)、POV(氧氣老化)和紫外線老化等。SHRP根據以往瀝青混合料短期老化方法(STOA)的研究試驗結果，提出將松散的瀝青混合料放在135℃強制通風烘箱加熱4 h的老化大體相當于瀝青混合料拌和以后直至壓實成型到冷卻、開放交通的過程，并用短期老化前后的瀝青混合料性能的對比來評價瀝青混合料的短期抗老化性能。SHRP、國家“八五”科技攻關專題［2］、王哲［3］、郝培文［4］等分別利用烘箱短期模擬老化過程，通過力學性能試驗與路面實際老化過程的相關性進行了研究，表明烘箱模擬短期老化的有效性。但是，這些方法基本上集中于模擬瀝青混合料在常規生產溫度下的抗老化評價。

目前摻加抗車轍劑、纖維等瀝青混合料的生產溫度相比普通瀝青混合料都有較大的提高，而高溫生產對瀝青混合料的老化是顯而易見的，因此，非常有必要對高溫生產條件下的瀝青混合料的老化進行研究，以評價瀝青混合料的抗高溫老化性能。筆者結合摻加抗車轍劑A的瀝青混合料生產過程，探索高溫對瀝青混合料抗老化性能影響。

1 模擬老化試驗設計

瀝青混合料添加抗車轍劑A后，其黏度有所增大，為保證壓實效果，其生產溫度需要提高到175～185℃之間。筆者采用抗車轍劑A瀝青混合料來研究高溫生產條件對瀝青混合料抗老化性能的影響。

由于普通的瀝青混合料出料溫度一般都控制在155～160℃左右，瀝青混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓直到開放交通的過程中是一個溫度降低的過程，這個過程的長短隨著工藝、機械、運距、操作水平等因素的影響而不同。已有的研究表明，采用135℃強制通風烘箱加熱4 h與這個過程相當。而抗車轍劑A瀝青混合料的生產溫度相應普通瀝青混合料要高20℃左右，采用同樣的溫度顯然不符合實際生產條件，所以，筆者按表1設計方案模擬高溫對瀝青混合料老化的影響。

表1 瀝青混合料短期老化模擬試驗設計方案Table 1 Design plan of short-term aging simulation test about asphalt mixture

表2 SK－70基質瀝青技術指標Table 2 Technical indexes of SK-70 bitumen

2 原材料技術指標及試驗方法

2.1 原材料技術指標

瀝青采用為韓國SK－70，按JTJ 052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行試驗，其主要技術指標見表2。抗車轍劑A外觀為松散黑色顆粒，無黏附聚集現象，大小約為3～5 mm，在常溫下保存。集料均為石灰巖，其技術指標經檢測均滿足JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》要求。

采用表3所示AC－20級配，普通瀝青混合料最佳油石比為4.29%，抗車轍劑A摻量為混合料質量比的0.3%，確定其最佳油石比為4.44%。

2.2 試驗方法

室內拌制瀝青混合料，其中抗車轍劑A瀝青混合料采用干法生產，A與加熱到190℃的集料先干拌40 s，然后加入瀝青濕拌90 s，再加入礦粉拌和90 s。按設計的試驗方案進行強制通風烘箱加熱老化，然后成型馬歇爾試件，進行間接抗拉試驗，測定試件的破壞抗拉強度、破壞應變破壞、勁度等。

表3 AC－20礦料級配組成Table 3 Aggregate gradation of AC-20

3 常規溫度短期老化對瀝青混合料影響

3.1 試驗結果

普通瀝青混合料、加0.3%抗車轍劑A瀝青混合料在135℃強制通風烘箱中老化2 h、4 h后成型馬歇爾試件，然后進行間接抗拉試驗，其結果見表4、表 5。

表4 常規溫度、不同短期老化時間瀝青混合料的間接抗拉試驗結果Table 4 Results of indirect tensile test of asphalt mixture in different aging times

表5 常規溫度短期老化后間接抗拉試驗結果對比Table 5 Comparison of indirect tensile test results of different asphalt mixtures before and after short-term aging

3.2 試驗結果分析

1)從試驗結果可以看出，在0，2，4 h烘箱加熱老化時間作用下，瀝青混合料的間接拉伸破壞強度增大，破壞應變減小，表明老化時間對瀝青混合料的抗老化性能有影響，其老化程度隨加熱時間的增加而增大。

2)普通瀝青混合料在135℃烘箱中加熱老化2，4 h后的間接抗拉破壞強度相比沒有加熱老化的普通瀝青混合料增大20.93%，34.94%，其破壞應變則分別減小 13.05%，23.08%。

3)摻抗車轍劑A瀝青混合料在135℃烘箱中加熱老化2，4 h后的間接抗拉破壞強度相比沒有加熱老化的普通瀝青混合料增大2.25%，11.61%，其破壞應變則分別減小7.22%，14.09%。

4)從破壞抗拉強度增大和破壞應變減小的比例對比可以看出，在135℃烘箱中加熱，普通瀝青混合料相比摻抗車轍劑A瀝青混合料的老化程度要嚴重。表明抗車轍劑A能夠提高瀝青混合料的抗老化性能。

4 高溫對瀝青混合料老化性能的影響

4.1 試驗結果

對摻加0.3%抗車轍劑A的瀝青混合料在155℃強制通風烘箱中老化2，4 h后成型馬歇爾試件，然后進行間接抗拉試驗，其結果見表6。

對沒有烘箱加熱老化、135℃及155℃強制通風烘箱老化2，4 h后的瀝青混合料的間接抗拉強度和破壞應變進行比較，結果如表7。

表6 高溫短期老化條件下摻抗車轍劑A瀝青混合料間接抗拉試驗結果Table 6 Results of indirect tensile test about A-type anti-rutting agent asphalt mixture after short-term aging in different aging times

表7 不同老化條件下摻抗車轍劑A瀝青混合料間接抗拉試驗結果Table 7 Results of indirect tensile test about A-type anti-rutting agent asphalt mixture in different aging conditions

4.2 試驗結果分析

1)從圖1瀝青混合料間接破壞應變衰減變化趨勢可以看出，雖然摻抗車轍劑A瀝青混合料老化性能在135℃老化條件下相對155℃老化條件下的變化要小，但是155℃老化條件更接近實際生產條件，所以應采用提高溫度(155℃)來評價其受溫度影響的老化性能。

2)普通瀝青混合料常規老化溫度(135℃)老化性能的變化趨勢與摻抗車轍劑A瀝青混合料高溫(155℃)老化性能的變化趨勢基本吻合，這一點從圖1和圖2對應的曲線變化都能得到驗證，說明了本試驗設計通過提高溫度來模擬高溫生產對瀝青混合料老化影響研究的合理性。

圖1 老化后瀝青混合料間接拉伸破壞應變與老化時間的關系Fig.1 Relation graph of failure strain by indirect tensile test about asphalt mixture aging

圖2 老化后瀝青混合料間接拉伸破壞強度與老化時間的關系Fig.2 Relation graph of failure strength by indirect tensile test about asphalt mixture aging

3)從表7可以看出，155℃高溫老化模擬老化條件下，摻抗車轍劑A瀝青混合料老化2，4 h后相比沒有老化的破壞抗拉強度分別增大 27.21%，37.58%，破壞應變則降低 16.64%，26.04%。而135℃常規溫度模擬老化條件下的普通瀝青混合料老化2，4 h后對應的破壞抗拉強度分別增大20.93%，34.94%，應變降低 13.05%，23.08%。可以看出，高溫條件下抗車轍劑A瀝青混合料的老化程度稍微偏重，如果以普通瀝青混合料老化性能受短期老化的變化幅度來評價，高溫生產對摻加抗車轍劑A的瀝青混合料的抗老化性能有所削弱。

5 結論

1)從135℃烘箱加熱模擬老化后的瀝青混合料的間接拉伸試驗結果來看，抗車轍劑A的添加對瀝青混合料的抗老化性能有所提高。

2)提高模擬老化溫度前后的摻抗車轍劑A瀝青混合料的破壞應變和破壞強度，與普通瀝青混合料相應力學參數的變化趨勢基本一致，說明本研究設計的155℃高溫老化模擬高溫生產對瀝青混合料的老化性能的影響具有一定的合理性，155℃加熱老化溫度能夠比較準確的反映實際生產過程的老化條件。

3)高溫度生產摻抗車轍劑A瀝青混合料對瀝青混合料的抗老化性能有一定的影響，采用高溫生產工藝中生產的改性瀝青混合料，需要對混合料的抗老化性能進行評價。

［1］陳栓發，陳華鑫，鄭木蓮.瀝青混合料設計與施工［M］.北京:化學工業出版社，2006.

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［5］JTG D 50—2006公路瀝青混合料試驗規程［S］.北京:人民交通出版社，2006.

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