不同老化方式對(duì)重交道路瀝青性能評(píng)價(jià)的研究

趙 磊 楊可一 李愛(ài)成 薄 鵬

(1.中石油燃料油有限責(zé)任公司研究院，北京 100195；2.中石油燃料油有限責(zé)任公司，北京 100102； 3.秦皇島中石油燃料瀝青有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066000)

1 概述

石油瀝青評(píng)價(jià)方法是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格指標(biāo)得以量化的基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性直接影響產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行。石油瀝青作為一種粘結(jié)劑長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中，在使用過(guò)程中抗老化性能及在使用溫度范圍內(nèi)性能變化隨溫度不應(yīng)太過(guò)靈敏，不論傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法還是SHRP方法中，都要盡可能用各種的方法準(zhǔn)確地表征這些瀝青的性能。在目前比較傳統(tǒng)的瀝青評(píng)價(jià)方法中，瀝青的抗老化和耐久性的評(píng)價(jià)主要是通過(guò)薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)或者是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)前后瀝青常規(guī)性質(zhì)的變化情況來(lái)進(jìn)行評(píng)定的，如針入度比、粘度比、軟化點(diǎn)、延度，其旨在模擬瀝青與氧氣氧化引起的輕質(zhì)組分揮發(fā)導(dǎo)致瀝青硬化的現(xiàn)象[1]，常用的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法主要有GB/T 5304和SH/T 0736，雖然美國(guó)加州的Hveem[2]最早提出了旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱可以直接代替薄膜烘箱試驗(yàn)[3]，但通過(guò)大量的瀝青施工應(yīng)用過(guò)程發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)實(shí)際效果遠(yuǎn)不如薄膜烘箱老化試驗(yàn)，且對(duì)于瀝青的組分及其他性質(zhì)要求更為苛刻[4]，本文通過(guò)選取五種典型瀝青樣品對(duì)其進(jìn)行不同老化方式對(duì)比，研究分析TFOT與RTFOT后重交道路瀝青性能指標(biāo)上的差異。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)選取5種AH-70瀝青樣品，這些瀝青使用較為廣泛，涵蓋了常用的重交道路瀝青產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果均滿足規(guī)范[5]要求。試驗(yàn)選取的瀝青具體性質(zhì)如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青的基本性質(zhì)

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)

按照GB/T 5304的試驗(yàn)方法，對(duì)5種不同瀝青樣品進(jìn)行薄膜烘箱老化試驗(yàn)，加熱溫度為(163±1)℃，老化時(shí)間為5 h。

2.2.2旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)

按照SH/T 0736的試驗(yàn)方法，對(duì)5種不同的動(dòng)態(tài)瀝青膜在(163±1)℃的旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱中加熱85 min，然后進(jìn)行取樣分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 重交道路瀝青老化試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)國(guó)內(nèi)常用瀝青性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)5種不同的瀝青樣品進(jìn)行以下技術(shù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，指標(biāo)主要有針入度、軟化點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度、質(zhì)量變化等，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 五種瀝青不同老化方式下性質(zhì)分析

表2中數(shù)據(jù)可以看出，符合同樣規(guī)格的五種瀝青在相同的加熱溫度下，表現(xiàn)出不同的抗老化性能，雖然瀝青經(jīng)過(guò)老化后均發(fā)生指標(biāo)衰減，呈現(xiàn)針入度逐漸下降，軟化點(diǎn)逐漸增加，延度逐漸降低，運(yùn)動(dòng)粘度逐漸增大，但RTFOT后的瀝青老化程度更深，二者的老化程度有明顯的差別。

3.2 重交道路瀝青老化對(duì)瀝青常規(guī)性能的影響

3.2.1不同老化方式對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響

三大指標(biāo)(即針入度、延度、軟化點(diǎn))是重交道路瀝青高低溫性能的重要表征，為探究TFOT與RTFOT兩種老化方式下瀝青三大指標(biāo)變化情況，圖1～圖3分別是五種瀝青在不同老化方式下三大指標(biāo)的變化圖。

從圖1～圖3可以看出，選取的五種瀝青在TFOT和RTFOT兩種老化方式下三大指標(biāo)發(fā)生了不同程度的衰減，其中在RTFOT下，五種瀝青樣品均呈現(xiàn)了相同的變化規(guī)律，即軟化點(diǎn)升高、針入度及延度下降的速度變快，這表明RTFOT下老化程度加深，瀝青高低溫性能衰減程度更大。

3.2.2不同老化方式對(duì)瀝青運(yùn)動(dòng)粘度的影響

表3 五種瀝青不同老化方式下的老化指數(shù)

測(cè)定瀝青60 ℃運(yùn)動(dòng)粘度能很好的反映出路面的實(shí)際使用狀況，也可以反映瀝青的高溫性能。老化性能評(píng)價(jià)實(shí)際上是模擬瀝青在熱拌期間熱和空氣對(duì)瀝青性能的影響，在試驗(yàn)中，可以用老化前后粘度的變化，即二者的粘度比—老化指數(shù)(AI)來(lái)評(píng)定瀝青的抗老化性能。

AI=η2/η1。

其中，η2，η1分別為試驗(yàn)前后瀝青的粘度。

綜合表3，圖4可以看出，老化后的瀝青樣品60 ℃運(yùn)動(dòng)粘度是增加的，但是RTFOT比TFOT后瀝青的運(yùn)動(dòng)粘度值更大，即RTFOT瀝青老化指數(shù)大于TFOT，說(shuō)明了老化程度更高，主要原因也是由于瀝青內(nèi)的輕質(zhì)組分揮發(fā)更多使得原樣變得更加粘稠。

4 結(jié)論

通過(guò)在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)兩種短期老化方式進(jìn)行試驗(yàn)分析，研究了重交道路瀝青老化性能的影響變化規(guī)律，本文得到以下結(jié)論：

1)以選取的五種瀝青樣品為例，重交道路瀝青在兩種短期老化方式下，借助常規(guī)指標(biāo)分析得出RTFOT老化后呈現(xiàn)出高低溫性能衰減更為嚴(yán)重的趨勢(shì)，即軟化點(diǎn)升高，動(dòng)力粘度增大，延度降低；

2)按照現(xiàn)行的交通部《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》而言，老化試驗(yàn)主要以TFOT為主，該方法操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可靠性高，RTFOT老化過(guò)程中通氣量的大小及旋轉(zhuǎn)速率均可直接影響到瀝青老化結(jié)果，且對(duì)瀝青性質(zhì)要求更為苛刻；

3)重交道路瀝青在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、拌合及鋪裝等使用過(guò)程中，應(yīng)避免瀝青長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱，特別是熱瀝青長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸從而降低瀝青老化速度，延長(zhǎng)瀝青使用壽命。