強(qiáng)紫外線對(duì)AC-13瀝青混合料的影響研究

王　聰

（北京建達(dá)道橋咨詢有限公司 北京市 100015）

強(qiáng)紫外線對(duì)AC-13瀝青混合料的影響研究

王聰

（北京建達(dá)道橋咨詢有限公司 北京市 100015）

參考地面紫外線輻射量，通過(guò)構(gòu)建紫外線環(huán)境模擬箱，對(duì)路面上面層AC-13瀝青混合料進(jìn)行紫外線模擬，評(píng)價(jià)AC-13瀝青混合料的路用性能隨紫外線照射量變化的改變情況。試驗(yàn)表明，其高溫穩(wěn)定性降低21. 8%，低溫抗裂性降低9%左右。該研究對(duì)于AC-13瀝青混合料級(jí)配及油石比設(shè)計(jì)提供了一定的參考，對(duì)于瀝青路面紫外線老化研究進(jìn)行了初步探索。

紫外線；AC-13瀝青混合料；高溫穩(wěn)定性；低溫抗裂性

1　引言

我國(guó)幅員廣闊，各地氣候各異，2000m以上的高原地區(qū)占到了我國(guó)國(guó)土面積的33%。青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原和云貴高原天氣晴朗、光照充足，強(qiáng)烈的紫外線會(huì)加速瀝青路面的老化，從而帶來(lái)路面面層路用性能的改變。高原地區(qū)晴朗天氣多，隨著全球臭氧層的破壞及溫室效應(yīng)，到達(dá)地面的紫外輻射量日益強(qiáng)烈。以內(nèi)蒙古地區(qū)為例，某些區(qū)域太陽(yáng)年輻射總量大于6700MJ/m2，年照射時(shí)間3000h左右［1］。高原紫外線年輻射量較內(nèi)陸地區(qū)大很多，而各高原緯度跨度大、氣候差異大，同一級(jí)配瀝青混合料在不同地域使用后性能差異很大。因此進(jìn)行瀝青路面材料設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮氣候、行車種類的影響。

2　研究方法

瀝青受紫外線影響后三大指標(biāo)變化明顯，而瀝青混合料受紫外線作用后路用性能怎么樣，國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究較少。本文將考慮強(qiáng)紫外線、高低溫環(huán)境因素，通過(guò)調(diào)整級(jí)配和瀝青用量的方法去改善瀝青混合料的路用性能。構(gòu)建紫外環(huán)境箱模擬紫外線照射影響。用車轍實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)紫外老化前后AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，用低溫劈裂實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)紫外老化前后AC-13瀝青混合料的低溫抗裂性。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)推薦出AC-13瀝青混合料的最佳油石比。

3　AC-13瀝青混合料級(jí)配及油石比

《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)程》B.2.2中指出：重載較多，適合于粗型級(jí)配；確保高溫抗車轍能力，同時(shí)兼顧低溫抗裂性能的需要，適當(dāng)減少最大粒徑附近的粗集料，減少細(xì)料，形成中等粒徑集料較多的S型級(jí)配曲線。本文擬增加關(guān)鍵篩孔來(lái)控制AC-13瀝青混合料級(jí)配，粗大集料以9.5mm為界，細(xì)小集料以2.36mm為界；通過(guò)控制關(guān)鍵篩孔（2.36mm，4.75mm，9.5mm）通過(guò)率來(lái)完成S型級(jí)配材料設(shè)計(jì)。

3.1AC-13瀝青混合料級(jí)配

通過(guò)4.75mm篩孔控制2.36～9.5mm中等粒徑集料配比。S0型級(jí)配曲線在規(guī)范中值附近。S1型與S0級(jí)配相比，適當(dāng)提高2.36～4.75mm集料配比。級(jí)配篩孔通過(guò)率如表1所示。

表1　AC-13瀝青混合料各型級(jí)配篩孔通過(guò)率

3.2油石比確定

本文采用馬歇爾實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法初定各級(jí)配最佳油石比。通過(guò)馬歇爾試件毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值六大指標(biāo)進(jìn)行最佳油石比的確定。

對(duì)于AC-13瀝青混合料S0型，確定最佳油石比為5.1%；對(duì)于AC-13瀝青混合料S1型，確定最佳油石比為5.5%。

3.3瀝青混合料高低溫試驗(yàn)

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性采用車轍實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度60℃，輪壓0.7MPa，用動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)反應(yīng)各級(jí)配瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　AC-13瀝青混合料高溫車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：AC-13瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均大于6000次/mm，高溫穩(wěn)定性均較好，滿足規(guī)范要求。AC-13瀝青混合料高溫穩(wěn)定性S1＞S0。

通過(guò)瀝青混合料試件低溫劈裂實(shí)驗(yàn)反應(yīng)其低溫抗裂性。用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的高低溫環(huán)境箱將箱內(nèi)溫度降至-10℃保溫12h后在環(huán)境箱中進(jìn)行劈裂實(shí)驗(yàn)，用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)儀，在模具上下加上兩根R50. 8mm的劈裂條，進(jìn)行低溫劈裂實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：AC-13瀝青混合料-10℃低溫劈裂強(qiáng)度均大于3MPa。AC-13瀝青混合料低溫抗裂性S0＞S1。

表3　AC-13瀝青混合料低溫劈裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4　紫外線環(huán)境模擬

根據(jù)紫外線輻射總量相等的原則，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)紫外老化實(shí)驗(yàn)，研究瀝青混合料隨紫外老化時(shí)間的增加路用性能變化情況。

內(nèi)蒙古地區(qū)太陽(yáng)年輻射值，按年輻射量分為四區(qū)，Ⅰ區(qū)年輻射量6700～7000 MJ/m2，年日照時(shí)間為3000～3500h［1］，云貴高原特征地區(qū)太陽(yáng)年輻射值最高為麗江6207 MJ/m2［2］。實(shí)驗(yàn)室紫外強(qiáng)度：距離燈管約60cm處紫外線分布較均勻，紫外線平均照射強(qiáng)度為200 W/m2。試驗(yàn)代表年輻射值為7000 MJ/m2。

4.1紫外線對(duì)AC-13瀝青混合料S0級(jí)配低溫劈裂性能的影響

表4　紫外線照射老化時(shí)間對(duì)AC-13瀝青混合料馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度的影響

擬合函數(shù)紫外老化前后進(jìn)行瀝青混合料低溫劈裂試驗(yàn)表明：紫外線照射成型后的馬歇爾試件，試件被照射面，集料顆粒間瀝青膠漿收縮變脆，集料與集料間空間增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：AC-13瀝青混合料隨紫外線老化時(shí)間的延長(zhǎng)低溫劈裂強(qiáng)度不斷變化，在194h（139.68 MJ/m2）后劈裂強(qiáng)度已經(jīng)變化不大，低溫劈裂強(qiáng)度降低了9%左右。將兩種級(jí)配分別進(jìn)行定量（139.68 MJ/m2）紫外線老化，然后進(jìn)行低溫劈裂實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)各級(jí)配紫外線老化后的路面上結(jié)構(gòu)層低溫抗裂性。

表5　定量紫外線照射老化對(duì)AC-13瀝青混合料各級(jí)配馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度的影響

4.2紫外線對(duì)AC-13瀝青混合料S1級(jí)配高溫穩(wěn)定性的影響

馬歇爾試驗(yàn)定瀝青混合料最佳油石比方法時(shí)考慮因素較多，但其高溫實(shí)驗(yàn)多考慮其高溫下抗拉性能和變形能力；在定出最佳油石比后，再制作車轍板進(jìn)行高溫穩(wěn)定性的驗(yàn)證。由于在年氣溫較高地區(qū)路面主要損壞來(lái)自于路面永久變形，本文基于此原因，在確定瀝青混合料油石比的時(shí)候需要考慮其高溫穩(wěn)定性。

通過(guò)適當(dāng)調(diào)整級(jí)配油石比進(jìn)行紫外老化試驗(yàn)，得到耐候性級(jí)配的最佳油石比。瀝青混合料力學(xué)性能指標(biāo)隨著油石比不同變化較大，為盡量減小對(duì)其力學(xué)性能的影響，只對(duì)S1型級(jí)配馬歇爾初定最佳油石比±0.5%來(lái)進(jìn)行研究，紫外線老化采用定量（139.68 MJ/m2）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　油石比對(duì)S1型瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度影響

根據(jù)試驗(yàn)表明：AC-13瀝青混合料最佳油石比下紫外老化前后對(duì)比，高溫穩(wěn)定性降低了21.8%；適當(dāng)減小油石比后，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度增大；適當(dāng)增加油石比后，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度減小。紫外老化后各級(jí)配動(dòng)穩(wěn)定度大小也遵循此規(guī)律，適當(dāng)減小油石比不會(huì)對(duì)原馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果造成太大影響，同時(shí)提高了該型號(hào)級(jí)配的高溫穩(wěn)定性。適當(dāng)降低油石比有助于提高AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但降低幅度不應(yīng)超過(guò)0.5%。

5　結(jié)論

通過(guò)AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)和紫外線環(huán)境模擬老化試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

（1）AC-13瀝青混合料作為路面上面層，適當(dāng)提高中等粒徑構(gòu)建的S型級(jí)配（S1）比規(guī)范中值級(jí)配（S0）抗車轍能力提高，年平均氣溫較高地區(qū)可以考慮使用該方法改進(jìn)級(jí)配；而由于低溫抗裂性能會(huì)降低，年平均氣溫較低地區(qū)適宜采用中值級(jí)配。

（2）AC-13瀝青混合料在紫外線環(huán)境中，低溫抗裂性能會(huì)隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定，性能降低9%左右。

（3）AC-13瀝青混合料高溫穩(wěn)定性在139.68 MJ/m2紫外線照射后降低了21.8%。

（4）適當(dāng)降低油石比有助于提高AC-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但降低幅度不應(yīng)超過(guò)0.5%。

［1］ 彭軍，楊智奇，董菁雯，內(nèi)蒙古太陽(yáng)能資源的分布特征與光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)的的可行性分析［J］，太陽(yáng)能，2011（3）.

［2］ 鄭小波，王學(xué)鋒，羅宇翔，陳娟.1961～2005年云貴高原太陽(yáng)輻射變化特征及其影響因子［J］.氣候與環(huán)境研究，2011，16（5）：657-664.

［3］ 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料實(shí)驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTG D50-2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［5］ 中華人民共和國(guó)交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

Research on Influence of Strong Ultraviolet Ray on AC-13 Asphalt Mixture

WANG Cong
（Beijing JianDa Road and Bridge Consulting Co.，Ltd.，Beijing 100015，China）

By considering the radiant quantity of ultraviolet ray on the ground，the simulation of ultraviolet ray on AC-13 asphalt mixture of the upper surface course of the pavement is made by building the ultraviolet ray environmental simulation chamber，so as to evaluate the change of pavement performance of AC-13 asphalt mixture as the change of radiant ultraviolet ray.The test shows that its high temperature stability reduces 21.8% and its lower temperature crack resistance reduces 9%or so.The research provides a certain reference for grading and asphalt-aggregate ratio of AC-13 asphalt mixture，thus preliminarily exploring the research on ultraviolet ray aging of asphalt pavement.

Ultraviolet ray；AC-13 asphalt mixture；High temperature stability；Lower temperature crack resistance

U414.03

A

1673-6052（2016）03-0088-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.026