紫外老化對瀝青混合料高低溫性能的影響

中咨公路養護檢測技術有限公司 / 翟建旺 呂慧娟

新時期，我國高速公路長度不斷增長，在現有高速公路體系中多數公路為瀝青路面。瀝青路面是以瀝青混合料為主要施工原料的施工路面，瀝青混合料性能不足，不僅會影響路用性能，而且會威脅車輛駕駛人員人身安全。而瀝青混合料高低溫性能是其性能的重要組成模塊，其主要受礦料級配、紫外老化等因素影響。本文對紫外老化對瀝青混合料的高溫穩定性能和低溫抗裂性能影響進行了簡單的分析。

1.瀝青混合料紫外老化試驗準備

1.1 瀝青混合料紫外老化試驗用材料準備

本次試驗所用瀝青為某地石油瀝青。依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中關于石油瀝青性能檢測的標準，對該SBSI-C聚合物改性瀝青性能進行了檢測，得出各指標性能均與公路施工要求規范相符.

本次試驗所用集料均取自某地公路料場優質石灰巖、碳酸鈣粉末。結合《公路工程集料試驗規程》關于粗集料、細集料及礦粉的檢測規定，對其性能指標進行了檢測，得出各指標性能均與公路施工要求規范相符。

1.2 瀝青混合料紫外老化試驗件級配標準

本次級配標準主要為AC-13，即連續級配中瀝青混合料公稱最大粒徑為13.0mm。最佳油石比為4.7。

2.瀝青混合料紫外老化試驗過程

本次瀝青混合料紫外老化試驗主要采用室內紫外老化環境箱。首先，在室內、外紫外光輻射總量相等的原則，選擇1500.0W高壓汞燈，瀝青混合料試驗件所受敷設強度為260W/m2，老化時長根據當地自然老化情況，合理調整。同時在老化箱前后進行兩個鼓風機的裝設，以便保證紫外老化箱內部空氣自然流動，并達到一定的溫度控制效果。

其次，將事先準備的瀝青混合料，依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）相關內容，分別制備成車轍板試驗件、馬歇爾試驗件。在試驗件制作完畢之后，將其劃分為對照組、試驗組，其中對照組不進行紫外老化試驗，而試驗組需要根據前期設定試驗參數開展紫外老化試驗。

最后，紫外老化試驗結束之后，選擇紫外老化后0個月、2個月、6個月、8個月試驗件，進行彎曲梁流變檢測、車轍試驗、低溫劈裂試驗，以確定紫外老化后瀝青混合料低溫完全蠕動勁度、動態穩定性、低溫劈裂強度變化。

3.瀝青混合料紫外老化試驗結果分析

將紫外光老化前（對照組）、老化后（試驗組）瀝青混合料試驗件在車轍試驗中表現出的動態穩定性、低溫完全蠕動勁度及低溫劈裂試驗中表現出的低溫劈裂強度結果匯總如下：

3.1 紫外線作用對瀝青混合料低溫蠕動勁度影響

依據美國公路戰略研究計劃對瀝青混合料的要求，紫外線作用下瀝青混合料蠕變勁度應在300.0MPa以下，蠕變速率應在0.30以上。即在其他條件一定的情況下，瀝青混合料蠕變勁度應盡量小，而蠕變速率應盡量大，此時其會具有較好的高低溫性能。在上述實驗開展的基礎上，本文采用彎曲梁流變儀TE-BBR對瀝青混合料低溫完全蠕動勁度進行測試，得出 SBSI-C改性道路石油瀝青老化后0個月、2個月、6個月、8個月勁度分別為115.0MPa、125.0MPa、126.0MPa、131.0MPa；老化后蠕變速率分別為0.369、0.360、0.358、0.355。由此可初步得出紫外光老化后該型號瀝青混合料后勁度持續增加，蠕變速率不斷下降，且在兩個月之后趨于穩定。這主要是由于瀝青混合料紫外老化初期內部不飽和鍵數量一定，促使其在與紫外光反應過程中整體蠕變速率變化不大。而在瀝青路面長時間運行過程中，由于瀝青混合料存在一定空氣，紫外線會長時間作用于瀝青膜。導致表層瀝青老化程度較大。再加上光—氧—熱聯合作用，會加速瀝青混合料老化，蠕變速率快速下降，導致瀝青混合料輕質成分轉化為膠體質地。隨后由膠體質地轉化為瀝青質。瀝青質的形成，會促使瀝青混合料變硬、變脆，進而促使路面龜裂。在全部形成瀝青質之后，瀝青混合料低溫蠕動勁度也趨于穩定狀態。

3.2 紫外老化對瀝青混合料高溫穩定性影響

本次試驗主要采用瀝青混合料車轍試驗方法，根據瀝青混合料在車轍試驗中表現出的強度變化，對瀝青混合料高溫性能進行適當評價。本次試驗溫度為65.0℃，紫外光老化時間為分別為0個月、2個月、4個月、8個月、12個月。最終得出AC-13級配瀝青混合料在紫外老化后0個月、2個月、6個月、8個月、12個月，車轍試驗結果分別為1873.75次/min、2100.32次/min、2120.23次/min、2156.41次/min、2200.35次/min。

通過對上述數據進行分析可得出，隨著紫外老化時間的延長，瀝青混凝土動穩定度逐步增加。其在0～2個月之間增加速度較快，隨后增加速度逐步放緩。而隨著其動穩定性的情況，其車轍深度也呈現了逐步下降的趨勢。這主要是由于在紫外光老化過程中，瀝青混合料中芳香分、飽和分向瀝青質轉化速度較快，而瀝青質的存在會增強瀝青高溫性能；在短時間內瀝青質變化速度較快，隨著時間延長，瀝青質趨于穩定，瀝青混合料高溫性能也趨于穩定，因此，對于要求瀝青混合料動穩定性較高的區域，可以選擇瀝青混合料芳香分、飽和分向瀝青質轉化速度較快的瀝青類型，如低標號AH70#AC-13N1瀝青料等。同時為了增強紫外老化過程中瀝青混合料高溫性能，可以向瀝青混合料中添加適當比例的PPA（活性高錳酸鉀球）、SBS（苯乙烯系嵌段共聚物）或者EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）。

3.3 紫外老化對瀝青混合料低溫劈裂強度及彎曲性能影響

通過上述操作得出，最終實驗結束后紫外老化0個月、2個月、6個月、8個月、12個月瀝青混合料低溫劈裂試驗結果分別為4.2562MPa、3.8565MPa、3.2440MPa、2.8455MPa、2.6585MPa；而低溫彎曲實驗結果分別為5.10MPa、4.19MPa、3.71MPa、3.10MPa、3.10MPa。

如上述數據可知，在瀝青混合料經紫外光老化之后，其低溫劈裂試驗強度呈現了顯著的下降趨勢。這主要是由于紫外光老化過程中，瀝青飽和分、芳香分等組分含量變化較大，而在芳香分向飽和分加速轉化過程中，瀝青低溫性能也逐步下降，導致瀝青混合料低溫劈裂強度下降。因此，為了降低紫外老化對瀝青混合料低溫劈裂強度的影響，可以從抑制瀝青混合料芳香分向飽和分轉化過程入手，選擇高標號瀝青混合料。或者向瀝青混合料中添加一定比例的SBR（丁苯橡膠）；而通過對瀝青混合料低溫彎曲實驗結果進行分析，可得出其實驗數據隨著紫外老化時間延長而不斷降低，最終趨于穩定。表明紫外老化對瀝青混合料部分構件低溫彎曲強度具有一定影響。

4.結束語

綜上所述，瀝青混合料高低溫性能不足，不僅會增加瀝青路面高溫車轍發生概率，而且會產生大量的溫度收縮裂縫。因此，相關研究人員應加強對紫外老化后瀝青混合料高低溫性能的重視。結合區域自然氣候及地質條件，選擇恰當的瀝青混合料。合理添加PPA、SBS、SBR、EVA等其他可以溶于三氯乙烯的材料，以便最大限度控制紫外老化對瀝青混合料高低溫性能的影響。