魏 亮,陈 军
(江西省宜春公路建设集团有限公司 宜春市 336000)
摘要： 为研究老化对温拌沥青流变性能的影响,分别对70#沥青、泡沫温拌70#沥青、橡胶沥青、温拌橡胶沥青在未老化、短期老化、长期老化三个阶段的高温性能进行测试。试验结果表明：温拌沥青粘度的长期老化指数大于短期老化指数,短期老化在沥青结合料的整个老化过程中所占比例约在60%～90%,经过短期老化及长期老化后,温拌沥青的高温性能得到提高。温拌技术会降低沥青的抗老化性能,并且老化对泡沫温拌沥青高温性能的影响较大。
关键词： 老化；温拌沥青；高温性能；长期性能
对于传统的热拌沥青混合料而言，在实践过程中，都需要将材料加热到150～180℃，该操作工艺需要消耗大量能源，且在生产过程中，还容易引起沥青老化问题[1-2]。沥青的老化过程分成多种，常见的有运输储存过程中发生的老化、加热拌和过程中发生的老化等[3]。实践过程中，沥青老化是一个逐渐发生的过程，它的老化速率会直接影响路面的使用寿命[4]。
沥青温拌技术是目前道路施工中使用的一种绿色施工技术，温拌沥青技术能够降低施工温度、节约能源、减少废气排放。在提倡节能减排的今天，温拌技术在沥青路面施工中得到的应用越来越广泛[5]。
在沥青混合料的生产过程中，沥青老化不可避免，在降低施工温度的情况下，对于老化引起沥青性能下降，目前还没有明确性的解释。 基于此，文章结合实际，以70#沥青材料为研究对象，与橡胶沥青、温拌沥青在未老化、短期老化、长期老化的三个阶段进行研究对比，研究老化对温拌沥青性能影响，从而为施工提供有效的技术支持。
1 试验材料与研究方法
本次研究中使用的材料，主要是70#石油沥青与橡胶沥青，相关的性能技术指标如表1 所示。
其中，泡沫70#沥青制备采用的是自制研发的泡沫试验机进行实验，主要在1.5%发泡水用量、25℃发泡水温度的条件下进行制作。 同时，温拌剂选用sasobit，在制作过程中，将3%的温拌剂加入其中。
表1 沥青基本性能
测试项目沥青类型70#沥青橡胶沥青针入度(25℃、100g、5s)/0.1mm68.336.2延度(15℃/5℃)/cm629.1软化点/℃46.4.66.7密度(15℃)/(g/cm3)1.0281.032溶解度(三氯乙烯)/(%)99.899.4弹性恢复,25℃/88
1.2.1 老化试验
在对沥青短期老化研究中，采用的是旋转薄膜烘箱开展试验，通过模拟沥青存储、运输以及拌和摊铺要求，对老化情况进行试验，在试验过程中，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的具体操作进行。美国SHRP规范推荐使用压力老化试验模拟沥青在使用期间的老化，标准的PAV老化试验能够有效地模拟沥青使用5～7年左右的老化程度，对其老化程度进行研究。
在本次研究中，采用的是标准的PAV老化试验，试验要求压力2.1MPa、温度为90℃、时间为20h，试验方法和步骤按照AASHTO T315的要求进行。
1.2.2 流变性能试验
胶结料中重要的指标就是粘度指标，由于粘度指标能够有效地反映出施工的易和性，因此，在考察沥青老化的粘度变化后，需要对其老化行为进行研究[6]。
本研究主要采用Brookfield粘度计，其具有灵敏度高、操作便捷等优势，能够精确地将沥青老化的指标体现。试验温度为135℃，试验方法见ASTM-D4402。
在评价老化对温拌沥青高温性能影响上，主要使用(DSR)动态剪切流变试验[7]。Superpave沥青规范中，沥青的高温性能评价的指标显示为G*/sinδ，在操作中通过DSR温度扫描试验获得40～80℃范围内不同的温度(T)对应的车辙因子(G*/sinδ)，建立车辙因子对数值 log(G*/sinδ)-温度T曲线图，同时，对曲线进行了回归分析，得到不同的胶结料在G*/sinδ=1.0kPa时的破坏温度(fail temperature)，破坏温度值越大，表明沥青的高温性能越好[8]。
1.2.3 老化指数
在实践过程中，为了能够探寻老化影响温拌沥青高温性能机理，将老化指数定义为AIη=η已老化/η，同时，对比短期老化指数与长期老化指数，通过不同形态的高温性能分析，对比两者的影响效果。
采用布氏粘度仪测试四种沥青结合料在不同老化阶段的135℃粘度,试验结果如图1所示,计算的老化指数如表2所示。
从图1中数据可以看出,四种沥青结合料经过老化后粘度均呈现不同程度的增大,并且长期老化后的粘度大于短期老化后的粘度。在原样、短期老化后和长期老化后三个阶段,橡胶沥青的粘度均明显大于温拌橡胶沥青的粘度,而泡沫温拌70#道路石油沥青和70#道路石油沥青的粘度相差不大。四种沥青结合料粘度的大小排序为：橡胶沥青>温拌橡胶沥青>70#道路石油沥青>泡沫温拌70#道路石油沥青,由此可以得出,采用温拌技术后,可以降低沥青的粘度,提高沥青在拌和时的施工和易性。
图1 温拌沥青粘度
表2 温拌沥青粘度老化指数
评价指标沥青类型70#沥青泡沫70#沥青橡胶沥青温拌橡胶沥青短期老化指数1.381.601.051.19长期老化指数1.701.891.331.57短期老化指数/长期老化指数(%)81.4484.3978.6875.57
从表2中数据可以看出,四种沥青的长期老化指数均大于短期老化指数,短期老化在沥青结合料的整个老化过程中所占比例约在60%～90%之间,由此可以证明,混合料的生产和施工过程是橡胶沥青使用过程老化最严重的过程。四种沥青的老化指数大小排序为：泡沫温拌70#道路石油沥青>70#道路石油沥青>温拌橡胶沥青>橡胶沥青。可以看出,温拌沥青的老化指数均大于相应的未采用温拌技术的沥青结合料,说明采用温拌技术后,沥青的抗老化能力降低,老化程度更为严重。采用不同的温拌技术,其相应的老化指数也不同,相比之下老化对泡沫温拌技术的影响较大。
分别对经过不同老化条件处理的温拌沥青结合料进行DSR温度扫描试验(40～80℃,步长为10℃),得到不同温度下的G*/sinδ,以确定温拌沥青结合料的破坏温度(fail temperature)。试验得到温拌沥青结合料在未老化、短期老化后和长期老化后的车辙因子与温度的关系图,如图2～图4所示。
图2 温拌沥青的车辙因子与温度关系图(原样)
图3 温拌沥青的车辙因子与温度关系图(短期老化)
图4 温拌沥青的车辙因子与温度关系图(长期老化)
根据图2～图4中不同老化阶段的温拌沥青的回归拟合曲线可以看出车辙因子与温度的半对数关系呈现直线,计算原样温拌沥青的G*/sinδ=1.0kPa时的温度(短期老化及长期老化后G*/sinδ=2.2kPa时的温度),即破坏温度。计算结果分别如表3、表4、表5所示。
表3 温拌沥青破坏温度值(原样)
评价指标沥青类型(原样)70#沥青泡沫70#沥青橡胶沥青温拌橡胶沥青破坏温度(℃)67.1766.2886.4990.47相关系数0.98910.99040.99880.999
表4 温拌沥青破坏温度值(短期老化)
评价指标沥青类型(短期老化)70#沥青泡沫70#沥青橡胶沥青温拌橡胶沥青破坏温度(℃)70.0869.4388.7492.37相关系数0.98690.98740.99810.9988
表5 温拌沥青破坏温度值(长期老化)
评价指标沥青类型(长期老化)70#沥青泡沫70#沥青橡胶沥青温拌橡胶沥青破坏温度(℃)71.4170.8589.9493.48相关系数0.98610.9860.99740.9977
分析图2～图4可知, 四种沥青结合料经过老化后车辙因子均呈现不同程度的增大,并且长期老化后的车辙因子大于短期老化后的车辙因子。在原样、短期老化后和长期老化后三个阶段,温拌橡胶沥青的车辙因子均明显大于橡胶沥青,说明添加温拌剂后,橡胶沥青的高温抗车辙性能增强。而泡沫温拌70#道路石油沥青和70#道路石油沥青的车辙因子相差不大。四种沥青结合料车辙因子的大小排序为：温拌橡胶沥青>橡胶沥青 >70#道路石油沥青>泡沫温拌70#道路石油沥青。
从表3～表5中数据可以看出,四种沥青结合料经过短期老化及长期老化后,各自对应的破坏温度值均升高,高温性能得到提高。四种沥青结合料高温性能的强弱排序为：温拌橡胶沥青>橡胶沥青 >70#道路石油沥青>泡沫温拌70#道路石油沥青。说明在原样、短期老化后和长期老化后三个阶段,添加温拌剂后,橡胶沥青的高温性能变好,而采用发泡技术后,相应沥青的高温性能变差。
图5 温拌沥青破坏温度老化指数
从图5中可以看出,四种沥青的长期老化指数均大于短期老化指数,四种沥青的老化指数大小排序为：泡沫温拌70#道路石油沥青>70#道路石油沥青>橡胶沥青>温拌橡胶沥青。可以看出,采用温拌技术后,两种沥青结合料的破坏温度老化指数均增大,并且短期老化指数与长期老化指数相差不大,说明温拌沥青的老化主要发生在短期老化阶段,长期老化对沥青破坏温度的影响比短期老化小。另外,温拌技术对沥青的抗短期老化和长期老化能力无改善作用,反而降低沥青的抗老化性能,并且老化对泡沫温拌沥青高温性能的影响较大。分析其原因,泡沫温拌沥青中含有少量的水分,这部分残留的水在经过老化后蒸发消失掉,因此泡沫沥青的高温性能变化较大。
(1)布氏粘度试验显示,温拌沥青粘度的长期老化指数均大于短期老化指数,短期老化在沥青结合料的整个老化过程中所占比例约在60%～90%,说明混合料的生产和施工过程是温拌沥青使用过程老化最严重的过程；另外,采用不同的温拌技术,其相应的老化指数也不同,相比之下老化对泡沫温拌技术的影响较大。
(2)四种沥青结合料经过短期老化及长期老化后,各自对应的破坏温度值均升高,高温性能得到提高。温拌技术对沥青的抗短期老化和长期老化能力无改善作用,反而降低沥青的抗老化性能,并且老化对泡沫温拌沥青高温性能的影响较大。
参考文献
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WEI Liang,CHEN Jun
(Jiangxi Yichun Highway Construction Group Co., Ltd.，Yichun 336000,China)
Abstract In order to study the influence of aging on the rheological property of warm mix asphalt, the test on the high temperature performance at three stages of non-aging, short-term aging and long-term aging is made respectively for 70# asphalt, 70# foam warm mix asphalt, rubber asphalt, and warm mix rubber asphalt. The test results show that: the long-term aging index of warm mix asphalt viscosity is larger than short-term aging index, the proportion of short-term aging in the whole aging period of asphalt binder material is about 60%～90%, and the high temperature performance of warm mix asphalt can be improved after short-term and long-term aging. The warm mix technology can reduce the aging resistance of asphalt and the influence of aging on the high temperature performance of foam warm mix asphalt is larger.
Key words Aging; Warm mix asphalt; High temperature performance; Long-term performance
中图分类号： U414.01
文献标识码： B
文章编号： 1673-6052(2018)01-0055-04
DOI：10.15996/j.cnki.bfjt.2018.01.015
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