不同老化方式對重交道路瀝青性能評價的研究

趙 磊 楊可一 李愛成 薄 鵬

(1.中石油燃料油有限責任公司研究院，北京 100195；2.中石油燃料油有限責任公司，北京 100102； 3.秦皇島中石油燃料瀝青有限責任公司，河北 秦皇島 066000)

1 概述

石油瀝青評價方法是產品標準規格指標得以量化的基礎，評價方法的準確性直接影響產品標準的執行。石油瀝青作為一種粘結劑長期暴露在大氣環境中，在使用過程中抗老化性能及在使用溫度范圍內性能變化隨溫度不應太過靈敏，不論傳統的評價方法還是SHRP方法中，都要盡可能用各種的方法準確地表征這些瀝青的性能。在目前比較傳統的瀝青評價方法中，瀝青的抗老化和耐久性的評價主要是通過薄膜烘箱試驗(TFOT)或者是旋轉薄膜烘箱試驗(RTFOT)前后瀝青常規性質的變化情況來進行評定的，如針入度比、粘度比、軟化點、延度，其旨在模擬瀝青與氧氣氧化引起的輕質組分揮發導致瀝青硬化的現象[1]，常用的試驗評價方法主要有GB/T 5304和SH/T 0736，雖然美國加州的Hveem[2]最早提出了旋轉薄膜烘箱可以直接代替薄膜烘箱試驗[3]，但通過大量的瀝青施工應用過程發現，旋轉薄膜烘箱老化試驗實際效果遠不如薄膜烘箱老化試驗，且對于瀝青的組分及其他性質要求更為苛刻[4]，本文通過選取五種典型瀝青樣品對其進行不同老化方式對比，研究分析TFOT與RTFOT后重交道路瀝青性能指標上的差異。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

試驗選取5種AH-70瀝青樣品，這些瀝青使用較為廣泛，涵蓋了常用的重交道路瀝青產品，檢測結果均滿足規范[5]要求。試驗選取的瀝青具體性質如表1所示。

表1 基質瀝青的基本性質

2.2 試驗方法

2.2.1薄膜烘箱試驗(TFOT)

按照GB/T 5304的試驗方法，對5種不同瀝青樣品進行薄膜烘箱老化試驗，加熱溫度為(163±1)℃，老化時間為5 h。

2.2.2旋轉薄膜烘箱試驗(RTFOT)

按照SH/T 0736的試驗方法，對5種不同的動態瀝青膜在(163±1)℃的旋轉薄膜烘箱中加熱85 min，然后進行取樣分析。

3 試驗結果與討論

3.1 重交道路瀝青老化試驗結果

根據國內常用瀝青性能的評價標準，對5種不同的瀝青樣品進行以下技術指標的評價，指標主要有針入度、軟化點、運動粘度、質量變化等，具體數據如表2所示。

表2 五種瀝青不同老化方式下性質分析

表2中數據可以看出，符合同樣規格的五種瀝青在相同的加熱溫度下，表現出不同的抗老化性能，雖然瀝青經過老化后均發生指標衰減，呈現針入度逐漸下降，軟化點逐漸增加，延度逐漸降低，運動粘度逐漸增大，但RTFOT后的瀝青老化程度更深，二者的老化程度有明顯的差別。

3.2 重交道路瀝青老化對瀝青常規性能的影響

3.2.1不同老化方式對瀝青三大指標的影響

三大指標(即針入度、延度、軟化點)是重交道路瀝青高低溫性能的重要表征，為探究TFOT與RTFOT兩種老化方式下瀝青三大指標變化情況，圖1～圖3分別是五種瀝青在不同老化方式下三大指標的變化圖。

從圖1～圖3可以看出，選取的五種瀝青在TFOT和RTFOT兩種老化方式下三大指標發生了不同程度的衰減，其中在RTFOT下，五種瀝青樣品均呈現了相同的變化規律，即軟化點升高、針入度及延度下降的速度變快，這表明RTFOT下老化程度加深，瀝青高低溫性能衰減程度更大。

3.2.2不同老化方式對瀝青運動粘度的影響

表3 五種瀝青不同老化方式下的老化指數

測定瀝青60 ℃運動粘度能很好的反映出路面的實際使用狀況，也可以反映瀝青的高溫性能。老化性能評價實際上是模擬瀝青在熱拌期間熱和空氣對瀝青性能的影響，在試驗中，可以用老化前后粘度的變化，即二者的粘度比—老化指數(AI)來評定瀝青的抗老化性能。

AI=η2/η1。

其中，η2，η1分別為試驗前后瀝青的粘度。

綜合表3，圖4可以看出，老化后的瀝青樣品60 ℃運動粘度是增加的，但是RTFOT比TFOT后瀝青的運動粘度值更大，即RTFOT瀝青老化指數大于TFOT，說明了老化程度更高，主要原因也是由于瀝青內的輕質組分揮發更多使得原樣變得更加粘稠。

4 結論

通過在試驗室內對兩種短期老化方式進行試驗分析，研究了重交道路瀝青老化性能的影響變化規律，本文得到以下結論：

1)以選取的五種瀝青樣品為例，重交道路瀝青在兩種短期老化方式下，借助常規指標分析得出RTFOT老化后呈現出高低溫性能衰減更為嚴重的趨勢，即軟化點升高，動力粘度增大，延度降低；

2)按照現行的交通部《公路瀝青路面施工技術規范》而言，老化試驗主要以TFOT為主，該方法操作簡單，數據可靠性高，RTFOT老化過程中通氣量的大小及旋轉速率均可直接影響到瀝青老化結果，且對瀝青性質要求更為苛刻；

3)重交道路瀝青在生產、儲運、拌合及鋪裝等使用過程中，應避免瀝青長時間高溫加熱，特別是熱瀝青長時間與空氣接觸從而降低瀝青老化速度，延長瀝青使用壽命。