瀝青路面的耐老化性能探討

劉 培

招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067

0 引言

含有瀝青的混合材料的耐老化性能，通常是指瀝青材料路面在其使用的時候承擔交通任務、氣候變化等其他因素的綜合作用時，瀝青混合料保證其正常適用的指標的穩(wěn)定或者較小的變化的能力。瀝青材料路面在路面施工時和使用時面臨著長期在大氣中暴露、光照、降水、氣溫等變化因素的影響，與此同時還有車輛荷載、路基情況變化的影響[1]。因此，研究討論瀝青混合料老化性能的全面研究具有重要的工程實用意義。

1 影響瀝青路面老化的因素

1.1 瀝青的影響

瀝青是由多種不同的的碳氫化合物分子組成的單相均勻的混合物。其分子可以粗略分為兩類：極性分子和非極性分子。其中非極性分子是作為極性分子的溶劑存在。它們通過微弱的作用連接在一起，呈網狀結構。通過研究表明：當溫度升高時，情況恰恰相反。瀝青中極性分子的數(shù)量越多，瀝青就越容易被氧化[2]。

1.2 集料對瀝青老化的影響

集料的產生對于瀝青混合料的使用性能帶了許改觀，除了能夠增加各種集料之間的嵌擠力，最大的作用就是在瀝青和集料之間形成了吸附性。瀝青的老化主要是輕質油分的消失，極性分子的失活。表現(xiàn)出粘度增大、自身變硬的特質。

1.3 外界環(huán)境對于老化的影響

1.3.1 溫度對瀝青混合料老化的影響

對于瀝青這種混合物，當環(huán)境溫度在60℃至130℃時，在沒有氧氣等氧化劑的情況下，據(jù)研究表明，瀝青時發(fā)生自身組分的化學變化[3]。而當溫度高于150℃時，情況就會出現(xiàn)很大的改變。

1.3.2 含氧量對瀝青混合料老化的影響

公路在使用時條件下的瀝青混合料[4]，如果是在無氧的情況下，是不會有條件發(fā)生瀝青本身化學性質的改變的。事實并如此，要做到完全無氧是不可能的。

1.3.3 瀝青含蠟量對瀝青混合料老化的影響

分布在我國幾大油田的原油所產生瀝青雖然軟化點普遍都高[5]，但在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性不好。蠟含量偏多會影響瀝青的粘溫性，在高溫條件下易使瀝青路面的路用性能降低。

2 室內模擬瀝青混合料老化試驗方法

瀝青混合料的老化分為兩個階段：短期老化和長期老化。短期老化是開始于拌合廠，終止于瀝青路面壓實后溫度將至于自然溫度；長期老化是開始于路面建成之后，終止于路面服務性能下降直至不能滿足行車的要求。

2.1 短期老化的試驗方法

短期老化的試驗方法應體現(xiàn)松散混合料在拌和、貯存和運輸中受熱而揮發(fā)和氧化的效應，以模擬瀝青混合料施工階段的老化效果[6]。SHRP根據(jù)以往瀝青混合料短期老化方法的研究實驗結果提出了三種備選的方法。它們是：

（1）烘箱加熱法：將拌合的瀝青混合料放在烘箱中一定時間，使瀝青混合料老化；

（2）延時拌和法：適當延長混合料的拌和時間，使瀝青混合料老化；

（3）微波加熱法：將拌和的瀝青混合料用微波加熱，使瀝青混合料老化。

從多方面比較之后，利用烘箱加熱法會被認為更好地模擬現(xiàn)實的施工條件、方法簡單不復雜、經濟劃算，因而在室內模擬瀝青混合材料的短期老化最有效便捷的方法[7]。

溫度和時間效應是烘箱加熱法控制瀝青混合料老化程度的重要條件。早在1988年VonQunitas等人根據(jù)施工現(xiàn)場兩種瀝青混合料回收瀝青的針入比和粘度比與試驗室模擬試驗結果，提出了烘箱加熱135℃、4h的老化條件[8]。

2.2 長期老化的試驗方法

瀝青混合料試驗室長期老化的方法應著重體現(xiàn)瀝青混合料壓實成型試件持續(xù)氧化的效應，以模擬使用期內瀝青路面的老化效果。SHRP總結了以往的研究成果，提出了三種備選的方法：

（1）加壓氧化（PAV），是對瀝青混合料施以低壓氧氣，使其在短時間內加速老化的一種方法。將經過短期老化成型的瀝青混合料試件放入壓力罐的試樣架上，當容器密閉后，注入氧氣達到2±0.5MPa的壓力，在40℃或60℃的環(huán)境下保持一定時間（1d、2d、3d、5d、7d），然后冷卻至室溫緩緩解除壓力的老化過程。

（2）延時烘箱加熱，本方法是對瀝青混合料施以高溫強化手段，以達到瀝青加速老化的目的。具體步驟是將瀝青混合料經過短期老化后成型的試件過夜冷卻、脫模，置于試樣架上，放入85±1℃的烘箱中恒溫120±0.5h使其老化，然后在不移動試件的情況下，打開烘箱門冷卻至室溫。

（3）紅外線、紫外線處理。將試件在紅外線、紫外線下照射一定的時間，主要模擬太陽光對瀝青的老化情況。

與瀝青混合料短期老化試驗方法的評估標準一樣，三種方法有效性的評估見表1。

表1 瀝青混合料長期老化方法有效性的評估

延時烘箱加熱和加壓氧化處理，我認為這兩種方法都沒有考慮到一個問題，那就是瀝青的含蠟量對路面長期老化的影響[9]。

圖1 溫度和壓力對混合料老化的影響

老化試驗的時間對瀝青混合料老化程度的影響也是非常明顯[10]。

圖2 老化時間對瀝青混合料老化的影響

3 預防瀝青路面老化的措施

（1）降低瀝青的存儲溫度，減少攪拌

在瀝青熱儲存或運輸過程中應降低溫度。不應超過120℃，最好在80～90℃最佳[11]，且整個過程不宜攪拌。

（2）縮短瀝青存儲時間

儲存時間對瀝青的老化程度有較大的影響。溫度越高，儲存時間越長，瀝青老化越嚴重。

（3）路面設計采用連續(xù)級配瀝青混凝土

該類型路面具有空隙小、防滲水等優(yōu)點。可以通過表面處治和封層來延緩老化作用。

（4）嚴格控制瀝青含蠟量

將瀝青的含蠟量控制在一個合理的范圍，這樣才可以延長瀝青路面的使用壽命。

4 結語

之前對瀝青老化的探究重點可能放在了水、氧氣和紫外線等主要因素上，我認為還是很有必要探討一下含蠟量對瀝青老化的影響。大多數(shù)情況下我們還是會使用含蠟量高的瀝青，所以研究含蠟量對于瀝青老化的影響是很有必要的，我發(fā)現(xiàn)一些試驗方法好像都忽略了這一點。也許這不是影響瀝青路面老化主要因素，但是我覺得只有多方位，全方面的考慮各種因素，才能有效的解決瀝青路面老化的問題。