瀝青用量對瀝青混合料老化性能的影響研究

黃澤國，龔文劍，張江飛，潘海濱

(1.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；2.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國公路交通基礎設施逐漸完善，公路里程不斷延伸，瀝青路面長期服役性能研究的重要性日趨凸顯。瀝青路面在長期服役中逐漸老化，瀝青延度不斷降低，其脆性增加，會嚴重削弱瀝青及瀝青混合料的力學性能，最終造成瀝青路面出現龜裂、坑槽等病害。

大部分關于瀝青老化行為的研究直接對瀝青混合料進行熱氧老化或者紫外老化，而后評價其老化前后的指標差異或者不同老化階段的指標衰變曲線。常用的老化方式為163 ℃下4 h的旋轉薄膜烘箱法(RTFOT)和20 h的壓力老化法(PAV)等[1-2]，目前也有新型的瀝青老化方法出現，比如美國推廣的簡單老化方法(USAT)等[3]。

然而，實際瀝青路面中的瀝青膠結料老化過程中瀝青老化速度亦受混合料配合比影響：對于瀝青用量較多、集料級配較細的混合料而言，其瀝青膜厚度較厚，整體老化速度較慢；同時瀝青混合料中填料也會顯著影響瀝青老化進程，研究表明填料可以顯著地降低瀝青老化速度[4]。

綜上，現有研究雖對瀝青膠結料老化后性能變化開展了大量工作，但是難以真實地表現混合料中瀝青的老化特性，而且關于不同瀝青用量下混合料中瀝青的老化行為研究亦不充分。為充分研究混合料中瀝青的真實老化行為，本文采用松散料老化及阿布森抽提的方法，以老化后抽提瀝青三大指標以及布氏黏度為主要評價指標，進行不同油石比下混合料中瀝青的老化行為研究。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料及配合比

1.1.1 原材料

本文采用泰普克70#瀝青膠結料與石灰巖集料、填料制備AC-13瀝青混合料，其技術指標與級配分別如表1～2所示。

表1 泰普克70#瀝青膠結料性能指標表

表2 石灰巖集料及填料性能指標表

1.1.2 瀝青混合料配合比

試驗所用瀝青混合料級配如表3所示，級配曲線如圖1所示。

圖1 AC-13瀝青混合料級配曲線圖

表3 AC-13瀝青混合料級配通過率表

對于同一種級配混合料，通過調整瀝青用量，可以獲得不同的瀝青膜厚度，從而探究其老化行為差異。本文分別采用4%、4.5%、5%、5.5%、6%的瀝青油石比制備瀝青混合料。

1.2 試驗方法

1.2.1 瀝青老化與抽提

為了模擬混合料中瀝青真實老化方式，將制備好的瀝青混合料以松散堆積的形式進行烘箱短期老化(135 ℃，4 h)，而后再進行烘箱長期老化(85 ℃，120 h)。為保證試驗結果準確性，松散瀝青混合料堆積質量為21 kg/m2。兩種老化階段后，均對松散瀝青混合料重新拌和，再以二分法取樣，每次取樣為2 kg。采用阿布森法回收其中的瀝青進行性能分析。

1.2.2 老化前后瀝青性能評價

對于從不同瀝青含量混合料中抽提出的老化瀝青，采用針入度、軟化點、5 ℃延度和60 ℃布氏黏度進行評價。其試驗方法分別參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的T 0604、T 0605、T 0606及T 0625。

2 結果與分析

各項試驗結果如表4所示。

表4 試驗結果匯總表

2.1 針入度變化

老化后從不同瀝青用量混合料中抽提的瀝青針入度變化情況如表5和下頁圖2所示。短期老化后瀝青針入度迅速下降，降低幅度最大達到42.6%，隨著瀝青用量的增加，降低幅度不斷減小，針入度比不斷增大；長期老化后瀝青針入度呈現相似規律。由此可見，瀝青用量的增加，能夠減緩混合料中瀝青老化過程中的針入度損失。

表5 老化后混合料針入度變化試驗結果表

圖2 老化后混合料針入度比變化情況曲線圖

2.2 軟化點變化

老化后從不同油石比混合料中抽提的瀝青軟化點變化情況如表6和圖3所示。隨著油石比的增加，短期老化后軟化點增值不斷降低，由最大27 ℃的增值降低到20.0 ℃，增加比例由4.0%油石比時的55.1%，降低到6.0%油石比下的40.8%；長期老化下的軟化點增值呈現相似規律，且隨著油石比的增加，短期老化和長期老化的軟化點增值差不斷減小。由此可見，瀝青用量的增加能夠提高瀝青在老化過程中的溫度敏感性，減緩瀝青老化過程。

表6 老化后混合料軟化點增值試驗結果表

圖3 老化后混合料軟化點增值曲線圖

2.3 延度變化

從老化后的混合料5 ℃延度損失量看，長期老化后混合料延度的損失量顯著大于短期老化后的混合料。隨著油石比的增加，老化后混合料的延度損失量均出現變小的規律：短期老化下的混合料延度由最初2.3 cm的損失量，減小到0.9 cm的損失量；而長期老化下的混合料延度則由最初的4.6 cm的損失量降低到3.1 cm。由此可見，瀝青用量的增加，提高了混合料老化后瀝青的抗塑性變形能力。詳見表7和圖4。

表7 老化后混合料延度損失情況試驗結果表

圖4 老化后混合料延度損失情況曲線圖

2.4 黏度變化

老化后從不同油石比的混合料中抽提瀝青的布氏黏度變化情況如表8和圖5所示。從結果上看，隨著瀝青用量的增加，黏度比及老化指數均出現下降趨勢：短期老化下，黏度比及老化指數分別從最初的4.1和0.047 3下降到1.3和0.007 9；長期老化下，黏度比及老化指數分別從最初的23.7和0.100 0下降到14.9和0.086 7。由此可見，瀝青用量的增加，降低了瀝青在混合料中的老化速度。

表8 老化后混合料黏度比及老化指數試驗結果表

圖5 混合料老化指數變化曲線圖

3 結語

本文通過不同油石比瀝青混合料松散堆積老化的方式，研究了瀝青混合料中瀝青用量及瀝青膜厚度對其老化后性能指標的影響。結果表明：

(1)瀝青用量的增加提高了混合料中瀝青的油膜厚度，能夠影響混合料中瀝青老化后性能指標的變化規律。隨著瀝青用量增加，瀝青老化程度呈現先快后慢的下降趨勢。

(2)高瀝青含量混合料具有更好的抗老化性能，其原因不僅在于具有較小的空隙率，還因較厚的油膜厚度抗老化性能更好。