基于老化工況的不同類型瀝青路用性能研究

史 芳

(陜西鐵路工程職業技術學院,陜西 渭南 714000)

瀝青路面具有平整度高、路用性能優良、行車安全性高及行車舒適感強等一系列優點,成為我國高等級公路的重要形式之一[1]。但在日常應用過程中,由于瀝青路面暴露于自然環境當中,它會受到日照、雨水、風及溫度等一系列自然環境因素的綜合影響,從而逐漸發生變化,導致其自身性能出現一定的衰減[2-3]。在諸多環境影響因素中,太陽輻射作為最為主要的環境影響因素,由于其組成中含有紫外線,對于瀝青路面的長時間照射不但會造成瀝青路面內部溫度升高,還會在一定程度上加速瀝青的老化,致使瀝青自身的粘彈特性逐漸下降,伴隨著道路行車的荷載作用,瀝青路面會出現路用性能下降、表面磨光,嚴重時會出現車轍等道路病害,不但影響道路的正常使用,還會對行車安全造成威脅[4-5]。

因此,本文選擇了現有道路領域常用的多種瀝青材料作為主要的試驗研究對象,通過薄膜老化箱進行老化處理,采用軟化點、延度、針入度、彈性恢復等試驗,對比分析老化前后其性能的差異,欲為道路瀝青材料的長期應用性能衰減研究提供依據。

1 瀝青原材料

本文優選現有道路領域常用的SBS改性瀝青、殼牌基質瀝青、鎮海基質瀝青作為主要研究對象,以上三類瀝青的基本信息見表1。

表1 試驗采用瀝青的基本信息

本文優選的瀝青材料均為高質量瀝青材料,其各項性能技術指標均能夠滿足國家規范的相關要求,可為后續試驗研究奠定良好的基礎。

2 瀝青老化試驗

為了能夠全面地研究瀝青材料的老化前后各項性能的變化規律,本文主要采用薄膜老化RT試驗方法進行瀝青材料的老化試驗,老化時間主要選擇為5 h、10 h、20 h。在進行老化試驗后,分別對原樣瀝青和老化瀝青的軟化點、延度、針入度及彈性恢復等性能指標進行全面測定,對比分析老化前后瀝青材料各項性能的變化,以確定瀝青材料的性能衰變規律。薄膜老化RT實驗設備見圖1。

圖1 薄膜老化試驗箱

3 老化條件下的瀝青性能對比研究

3.1 軟化點

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至軟化溫度,當狀態轉變為流態時,將瀝青澆筑在環裝模具內部,放置室溫通風處冷卻。對瀝青試件進行適當的養護后,采用軟化點儀器分別對老化前后的瀝青試件進行軟化點測試。測試結果見表2。

表2 軟化點試驗結果

由表2可知,隨著老化時間的逐漸延長,不同類型瀝青的軟化點均出現了明顯的提高,其中SBS改性瀝青的軟化點從68 ℃最終上升到74 ℃,增長幅度為6 ℃；而殼牌基質瀝青的軟化點從49 ℃最終上升到57 ℃,增長幅度為8 ℃；而鎮海基質瀝青的軟化點從46 ℃最終上升到55 ℃,增長幅度為9 ℃。這表明老化處理后,不同類型瀝青的高溫性能出現了一定程度的提高,其中基質瀝青相比改性瀝青而言,其老化變化速率顯著高于改性瀝青,這在一定程度上表明了改性瀝青性能的穩定性。

3.2 針入度

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態,將瀝青注入圓柱狀模具中,澆筑過程中應保持模具穩定,防止瀝青試樣內部出現氣泡,保證試件表面平整度,減少對于實驗結果的不利影響。將制備好的試驗試件冷卻至室溫,進行合理的養護后,放置于針入度試驗儀上,按照試驗規程的試驗步驟進行老化前后不同類型瀝青的針入度測試。原樣瀝青及老化后瀝青試樣的針入度測試結果見表3。

表3 針入度試驗結果

由表3可知,三種不同類型瀝青中,鎮海基質瀝青的針入度最大,為86,而隨著老化時間的不斷增大,其針入度下降幅度也最快,當達到20 h的老化時間時,其針入度已經下降為34,僅為原樣瀝青的39.5%,這表明鎮海瀝青的耐老化性能較差,隨著老化時間的延長,性能衰減較大。而殼牌基質瀝青在老化后其針入度也出現了較大程度的下降,老化后的針入度僅為原樣瀝青的48.6%。而SBS改性瀝青的抗老化性能明顯優于另外兩種基質瀝青,其老化后針入度為原樣瀝青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3.3 延度

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態,注入延度模具中,冷卻至室溫后將試件放入延度儀中,在15 ℃下保溫后進行延度試驗。延度試驗結果見表4。

表4 15 ℃延度試驗結果

由表4可知,在經過老化試驗后,不同類型瀝青的延度均出現了較大幅度的下降,最終當老化時間達到20 h時,延度均在10 mm以內,這表明瀝青老化對于其自身的延度具有極大的不良影響。

3.4 彈性恢復

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20—2011)》,將瀝青加熱至流態,制備彈性恢復試驗試件,在適當養護后進行彈性恢復試驗。試驗結果見表5。

表5 彈性恢復試驗結果

由表5可知,SBS改性瀝青的彈性恢復率下降較大,下降幅度約為62%,這主要是由于SBS改性瀝青自身具有良好的彈性,因此,在老化后下降較為明顯,而普通基質瀝青自身彈性相對較差,其下降空間較小,因此，其在老化后彈性恢復率變化相對較小。

4 結 語

1)老化處理后,不同類型瀝青的高溫性能出現了一定程度的提高,其中基質瀝青相比改性瀝青而言,其老化變化速率顯著高于改性瀝青,這在一定程度上表明了改性瀝青性能的穩定性。

2)鎮海瀝青的耐老化性能較差,隨著老化時間的延長,性能衰減較大,殼牌基質瀝青在老化后其針入度也出現了較大程度的下降,而SBS改性瀝青的抗老化性能明顯優于另外兩種基質瀝青,其老化后針入度為原樣瀝青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3)在經過老化試驗后,不同類型瀝青的延度均出現了較大幅度的下降,最終當老化時間達到20 h時,延度均在10 mm以內,這表明瀝青老化對于其自身的延度具有極大的不良影響。

4)SBS改性瀝青的彈性恢復率下降較大,下降幅度約為62%,這主要是由于SBS改性瀝青自身具有良好的彈性,而普通基質瀝青自身彈性相對較差,在老化后彈性恢復率變化相對較小。

[1] 陳華鑫, 陳拴發, 王秉綱. 基質瀝青老化行為與老化機理[J]. 合成材料老化與應用, 2009, 38(1):125-130．

[2] 張爭奇, 梁曉莉, 李平. 瀝青老化性能評價方法[J]. 交通運輸工程學報, 2005, 5(1):1-5．

[3] 李寧利, 趙新坡, 孫吉書,等. 橡膠瀝青老化機理研究[J]. 公路交通科技, 2015, 32(7):18-22．

[4] 朱曉煜, 楊群. 瀝青路面舊瀝青老化特性及其再生技術研究[J]. 內蒙古公路與運輸, 2015(4):28-30．

[5] 韓洋, 井新眾, 王洪國,等. 油基溫拌劑對SBS改性瀝青老化動力學參數的影響研究[J]. 應用化工, 2015(3):438-441．