强紫外线对AC-13沥青混合料的影响研究

王　聪

（北京建达道桥咨询有限公司 北京市 100015）

强紫外线对AC-13沥青混合料的影响研究

王聪

（北京建达道桥咨询有限公司 北京市 100015）

参考地面紫外线辐射量，通过构建紫外线环境模拟箱，对路面上面层AC-13沥青混合料进行紫外线模拟，评价AC-13沥青混合料的路用性能随紫外线照射量变化的改变情况。试验表明，其高温稳定性降低21. 8%，低温抗裂性降低9%左右。该研究对于AC-13沥青混合料级配及油石比设计提供了一定的参考，对于沥青路面紫外线老化研究进行了初步探索。

紫外线；AC-13沥青混合料；高温稳定性；低温抗裂性

1　引言

我国幅员广阔，各地气候各异，2000m以上的高原地区占到了我国国土面积的33%。青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和云贵高原天气晴朗、光照充足，强烈的紫外线会加速沥青路面的老化，从而带来路面面层路用性能的改变。高原地区晴朗天气多，随着全球臭氧层的破坏及温室效应，到达地面的紫外辐射量日益强烈。以内蒙古地区为例，某些区域太阳年辐射总量大于6700MJ/m2，年照射时间3000h左右［1］。高原紫外线年辐射量较内陆地区大很多，而各高原纬度跨度大、气候差异大，同一级配沥青混合料在不同地域使用后性能差异很大。因此进行沥青路面材料设计时，要充分考虑气候、行车种类的影响。

2　研究方法

沥青受紫外线影响后三大指标变化明显，而沥青混合料受紫外线作用后路用性能怎么样，国内外对此研究较少。本文将考虑强紫外线、高低温环境因素，通过调整级配和沥青用量的方法去改善沥青混合料的路用性能。构建紫外环境箱模拟紫外线照射影响。用车辙实验评价紫外老化前后AC-13沥青混合料的高温稳定性，用低温劈裂实验评价紫外老化前后AC-13沥青混合料的低温抗裂性。通过上述实验推荐出AC-13沥青混合料的最佳油石比。

3　AC-13沥青混合料级配及油石比

《公路沥青路面施工技术规程》B.2.2中指出：重载较多，适合于粗型级配；确保高温抗车辙能力，同时兼顾低温抗裂性能的需要，适当减少最大粒径附近的粗集料，减少细料，形成中等粒径集料较多的S型级配曲线。本文拟增加关键筛孔来控制AC-13沥青混合料级配，粗大集料以9.5mm为界，细小集料以2.36mm为界；通过控制关键筛孔（2.36mm，4.75mm，9.5mm）通过率来完成S型级配材料设计。

3.1AC-13沥青混合料级配

通过4.75mm筛孔控制2.36～9.5mm中等粒径集料配比。S0型级配曲线在规范中值附近。S1型与S0级配相比，适当提高2.36～4.75mm集料配比。级配筛孔通过率如表1所示。

表1　AC-13沥青混合料各型级配筛孔通过率

3.2油石比确定

本文采用马歇尔实验设计方法初定各级配最佳油石比。通过马歇尔试件毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值六大指标进行最佳油石比的确定。

对于AC-13沥青混合料S0型，确定最佳油石比为5.1%；对于AC-13沥青混合料S1型，确定最佳油石比为5.5%。

3.3沥青混合料高低温试验

沥青混合料高温稳定性采用车辙实验，实验温度60℃，轮压0.7MPa，用动稳定度来反应各级配沥青混合料的高温稳定性，车辙实验结果如表2所示。

表2　AC-13沥青混合料高温车辙实验结果

实验结论：AC-13沥青混合料动稳定度均大于6000次/mm，高温稳定性均较好，满足规范要求。AC-13沥青混合料高温稳定性S1＞S0。

通过沥青混合料试件低温劈裂实验反应其低温抗裂性。用万能试验机的高低温环境箱将箱内温度降至-10℃保温12h后在环境箱中进行劈裂实验，用马歇尔稳定度试验仪，在模具上下加上两根R50. 8mm的劈裂条，进行低温劈裂实验。结果见表3。

实验结论：AC-13沥青混合料-10℃低温劈裂强度均大于3MPa。AC-13沥青混合料低温抗裂性S0＞S1。

表3　AC-13沥青混合料低温劈裂实验结果

4　紫外线环境模拟

根据紫外线辐射总量相等的原则，对沥青混合料进行室内紫外老化实验，研究沥青混合料随紫外老化时间的增加路用性能变化情况。

内蒙古地区太阳年辐射值，按年辐射量分为四区，Ⅰ区年辐射量6700～7000 MJ/m2，年日照时间为3000～3500h［1］，云贵高原特征地区太阳年辐射值最高为丽江6207 MJ/m2［2］。实验室紫外强度：距离灯管约60cm处紫外线分布较均匀，紫外线平均照射强度为200 W/m2。试验代表年辐射值为7000 MJ/m2。

4.1紫外线对AC-13沥青混合料S0级配低温劈裂性能的影响

表4　紫外线照射老化时间对AC-13沥青混合料马歇尔试件劈裂强度的影响

拟合函数紫外老化前后进行沥青混合料低温劈裂试验表明：紫外线照射成型后的马歇尔试件，试件被照射面，集料颗粒间沥青胶浆收缩变脆，集料与集料间空间增大。实验结果表明：AC-13沥青混合料随紫外线老化时间的延长低温劈裂强度不断变化，在194h（139.68 MJ/m2）后劈裂强度已经变化不大，低温劈裂强度降低了9%左右。将两种级配分别进行定量（139.68 MJ/m2）紫外线老化，然后进行低温劈裂实验，评价各级配紫外线老化后的路面上结构层低温抗裂性。

表5　定量紫外线照射老化对AC-13沥青混合料各级配马歇尔试件劈裂强度的影响

4.2紫外线对AC-13沥青混合料S1级配高温稳定性的影响

马歇尔试验定沥青混合料最佳油石比方法时考虑因素较多，但其高温实验多考虑其高温下抗拉性能和变形能力；在定出最佳油石比后，再制作车辙板进行高温稳定性的验证。由于在年气温较高地区路面主要损坏来自于路面永久变形，本文基于此原因，在确定沥青混合料油石比的时候需要考虑其高温稳定性。

通过适当调整级配油石比进行紫外老化试验，得到耐候性级配的最佳油石比。沥青混合料力学性能指标随着油石比不同变化较大，为尽量减小对其力学性能的影响，只对S1型级配马歇尔初定最佳油石比±0.5%来进行研究，紫外线老化采用定量（139.68 MJ/m2）试验，试验结果见表6。

表6　油石比对S1型沥青混合料动稳定度影响

根据试验表明：AC-13沥青混合料最佳油石比下紫外老化前后对比，高温稳定性降低了21.8%；适当减小油石比后，沥青混合料动稳定度增大；适当增加油石比后，沥青混合料动稳定度减小。紫外老化后各级配动稳定度大小也遵循此规律，适当减小油石比不会对原马歇尔试验结果造成太大影响，同时提高了该型号级配的高温稳定性。适当降低油石比有助于提高AC-13沥青混合料的高温稳定性，但降低幅度不应超过0.5%。

5　结论

通过AC-13沥青混合料马歇尔试验和紫外线环境模拟老化试验，得到如下结论：

（1）AC-13沥青混合料作为路面上面层，适当提高中等粒径构建的S型级配（S1）比规范中值级配（S0）抗车辙能力提高，年平均气温较高地区可以考虑使用该方法改进级配；而由于低温抗裂性能会降低，年平均气温较低地区适宜采用中值级配。

（2）AC-13沥青混合料在紫外线环境中，低温抗裂性能会随着老化时间的增长趋于稳定，性能降低9%左右。

（3）AC-13沥青混合料高温稳定性在139.68 MJ/m2紫外线照射后降低了21.8%。

（4）适当降低油石比有助于提高AC-13沥青混合料的高温稳定性，但降低幅度不应超过0.5%。

［1］ 彭军，杨智奇，董菁雯，内蒙古太阳能资源的分布特征与光伏发电开发的的可行性分析［J］，太阳能，2011（3）.

［2］ 郑小波，王学锋，罗宇翔，陈娟.1961～2005年云贵高原太阳辐射变化特征及其影响因子［J］.气候与环境研究，2011，16（5）：657-664.

［3］ 中华人民共和国交通运输部.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料实验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］ 中华人民共和国交通部.JTG D50-2006公路沥青路面设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［5］ 中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［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