基于老化工况的不同类型沥青路用性能研究

史 芳

(陕西铁路工程职业技术学院,陕西 渭南 714000)

沥青路面具有平整度高、路用性能优良、行车安全性高及行车舒适感强等一系列优点,成为我国高等级公路的重要形式之一[1]。但在日常应用过程中,由于沥青路面暴露于自然环境当中,它会受到日照、雨水、风及温度等一系列自然环境因素的综合影响,从而逐渐发生变化,导致其自身性能出现一定的衰减[2-3]。在诸多环境影响因素中,太阳辐射作为最为主要的环境影响因素,由于其组成中含有紫外线,对于沥青路面的长时间照射不但会造成沥青路面内部温度升高,还会在一定程度上加速沥青的老化,致使沥青自身的粘弹特性逐渐下降,伴随着道路行车的荷载作用,沥青路面会出现路用性能下降、表面磨光,严重时会出现车辙等道路病害,不但影响道路的正常使用,还会对行车安全造成威胁[4-5]。

因此,本文选择了现有道路领域常用的多种沥青材料作为主要的试验研究对象,通过薄膜老化箱进行老化处理,采用软化点、延度、针入度、弹性恢复等试验,对比分析老化前后其性能的差异,欲为道路沥青材料的长期应用性能衰减研究提供依据。

1 沥青原材料

本文优选现有道路领域常用的SBS改性沥青、壳牌基质沥青、镇海基质沥青作为主要研究对象,以上三类沥青的基本信息见表1。

表1 试验采用沥青的基本信息

本文优选的沥青材料均为高质量沥青材料,其各项性能技术指标均能够满足国家规范的相关要求,可为后续试验研究奠定良好的基础。

2 沥青老化试验

为了能够全面地研究沥青材料的老化前后各项性能的变化规律,本文主要采用薄膜老化RT试验方法进行沥青材料的老化试验,老化时间主要选择为5 h、10 h、20 h。在进行老化试验后,分别对原样沥青和老化沥青的软化点、延度、针入度及弹性恢复等性能指标进行全面测定,对比分析老化前后沥青材料各项性能的变化,以确定沥青材料的性能衰变规律。薄膜老化RT实验设备见图1。

图1 薄膜老化试验箱

3 老化条件下的沥青性能对比研究

3.1 软化点

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》,将沥青加热至软化温度,当状态转变为流态时,将沥青浇筑在环装模具内部,放置室温通风处冷却。对沥青试件进行适当的养护后,采用软化点仪器分别对老化前后的沥青试件进行软化点测试。测试结果见表2。

表2 软化点试验结果

由表2可知,随着老化时间的逐渐延长,不同类型沥青的软化点均出现了明显的提高,其中SBS改性沥青的软化点从68 ℃最终上升到74 ℃,增长幅度为6 ℃；而壳牌基质沥青的软化点从49 ℃最终上升到57 ℃,增长幅度为8 ℃；而镇海基质沥青的软化点从46 ℃最终上升到55 ℃,增长幅度为9 ℃。这表明老化处理后,不同类型沥青的高温性能出现了一定程度的提高,其中基质沥青相比改性沥青而言,其老化变化速率显著高于改性沥青,这在一定程度上表明了改性沥青性能的稳定性。

3.2 针入度

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》,将沥青加热至流态,将沥青注入圆柱状模具中,浇筑过程中应保持模具稳定,防止沥青试样内部出现气泡,保证试件表面平整度,减少对于实验结果的不利影响。将制备好的试验试件冷却至室温,进行合理的养护后,放置于针入度试验仪上,按照试验规程的试验步骤进行老化前后不同类型沥青的针入度测试。原样沥青及老化后沥青试样的针入度测试结果见表3。

表3 针入度试验结果

由表3可知,三种不同类型沥青中,镇海基质沥青的针入度最大,为86,而随着老化时间的不断增大,其针入度下降幅度也最快,当达到20 h的老化时间时,其针入度已经下降为34,仅为原样沥青的39.5%,这表明镇海沥青的耐老化性能较差,随着老化时间的延长,性能衰减较大。而壳牌基质沥青在老化后其针入度也出现了较大程度的下降,老化后的针入度仅为原样沥青的48.6%。而SBS改性沥青的抗老化性能明显优于另外两种基质沥青,其老化后针入度为原样沥青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3.3 延度

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》,将沥青加热至流态,注入延度模具中,冷却至室温后将试件放入延度仪中,在15 ℃下保温后进行延度试验。延度试验结果见表4。

表4 15 ℃延度试验结果

由表4可知,在经过老化试验后,不同类型沥青的延度均出现了较大幅度的下降,最终当老化时间达到20 h时,延度均在10 mm以内,这表明沥青老化对于其自身的延度具有极大的不良影响。

3.4 弹性恢复

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》,将沥青加热至流态,制备弹性恢复试验试件,在适当养护后进行弹性恢复试验。试验结果见表5。

表5 弹性恢复试验结果

由表5可知,SBS改性沥青的弹性恢复率下降较大,下降幅度约为62%,这主要是由于SBS改性沥青自身具有良好的弹性,因此,在老化后下降较为明显,而普通基质沥青自身弹性相对较差,其下降空间较小,因此，其在老化后弹性恢复率变化相对较小。

4 结 语

1)老化处理后,不同类型沥青的高温性能出现了一定程度的提高,其中基质沥青相比改性沥青而言,其老化变化速率显著高于改性沥青,这在一定程度上表明了改性沥青性能的稳定性。

2)镇海沥青的耐老化性能较差,随着老化时间的延长,性能衰减较大,壳牌基质沥青在老化后其针入度也出现了较大程度的下降,而SBS改性沥青的抗老化性能明显优于另外两种基质沥青,其老化后针入度为原样沥青的64.3%,具有一定程度的耐老化性能。

3)在经过老化试验后,不同类型沥青的延度均出现了较大幅度的下降,最终当老化时间达到20 h时,延度均在10 mm以内,这表明沥青老化对于其自身的延度具有极大的不良影响。

4)SBS改性沥青的弹性恢复率下降较大,下降幅度约为62%,这主要是由于SBS改性沥青自身具有良好的弹性,而普通基质沥青自身弹性相对较差,在老化后弹性恢复率变化相对较小。

[1] 陈华鑫, 陈拴发, 王秉纲. 基质沥青老化行为与老化机理[J]. 合成材料老化与应用, 2009, 38(1):125-130．

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