瀝青老化對(duì)瀝青混合料性能的影響

梁俊峰

(晉中市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西 晉中 030600)

1 常規(guī)試驗(yàn)

瀝青混合料自身抗老化性能直接決定路面耐久性與使用壽命，對(duì)路面整體抗老化性有影響的因素以瀝青膠結(jié)料自身抗老化性能為主。瀝青路面受自然與交通荷載持續(xù)作用后，其各項(xiàng)性能指標(biāo)將不斷衰減，導(dǎo)致路用性能明顯降低。因此，應(yīng)采用試驗(yàn)的方法來分析瀝青老化對(duì)混合料性能造成的影響。為了給漢堡車轍試驗(yàn)和常規(guī)試驗(yàn)之間的對(duì)比提供方便，對(duì)老化后混合料實(shí)施以下三種試驗(yàn)：第一，標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)；第二，馬歇爾試驗(yàn)；第三，凍融劈裂試驗(yàn)。參與試驗(yàn)的混合料類型為AC-13型與SMA-16型，這兩種混合料的最佳瀝青用量如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。

表1 AC-13型與SMA-16型混合料最佳瀝青用量

(1)車轍試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 車轍試驗(yàn)結(jié)果

車轍試驗(yàn)：①AC-13型試驗(yàn)開始前動(dòng)穩(wěn)定度為6 626次/mm，車轍深度為1.367 mm；SMA-16型試驗(yàn)開始前動(dòng)穩(wěn)定度為7 188次/mm，車轍深度為1.099 mm；②當(dāng)老化試驗(yàn)溫度為135 ℃時(shí)，經(jīng)過4 h的試驗(yàn)時(shí)間，AC-13型動(dòng)穩(wěn)定度為7 389次/mm，車轍深度為1.241 mm，SMA-16型動(dòng)穩(wěn)定度為7 802次/mm，車轍深度為1.071 mm；③當(dāng)老化試驗(yàn)溫度為155 ℃，經(jīng)過4 h的試驗(yàn)時(shí)間，AC-13型動(dòng)穩(wěn)定度為9 158次/mm，車轍深度為1.204 mm，SMA-16型動(dòng)穩(wěn)定度為9 056次/mm，車轍深度為1.003 mm。

(2)馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)：①AC-13型試驗(yàn)開始前殘留穩(wěn)定度為93.3%，TSR值為86.1%，SMA-16型試驗(yàn)開始前殘留穩(wěn)定度為93.6%，TSR值為85.4%；②當(dāng)老化試驗(yàn)溫度為135 ℃時(shí)，經(jīng)過4 h的試驗(yàn)時(shí)間，AC-13型殘留穩(wěn)定度為89.5%，TSR值為84.3%，SMA-16型殘留穩(wěn)定度為91.3%，TSR值為83.9%；③當(dāng)老化試驗(yàn)溫度為155 ℃，經(jīng)過4 h的試驗(yàn)時(shí)間，AC-13型殘留穩(wěn)定度為83.4%，TSR值為78.8%，SMA-16型殘留穩(wěn)定度為86.1%，TSR值為81.5%。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老化后，混合料動(dòng)穩(wěn)定度顯著增加，AC-13型的動(dòng)穩(wěn)定度從6 626次/mm增加至9 158次/mm，提高了34.1%；SMA-16型的動(dòng)穩(wěn)定度從7 188次/mm增加至9 056次/mm，提高了26%；對(duì)于車轍深度，當(dāng)老化溫度提高時(shí)，有減小趨勢(shì)。可見，SMA-16型混合料的抗老化能力相對(duì)較強(qiáng)。改性混合料自身動(dòng)穩(wěn)定度將伴隨老化時(shí)間不斷延長(zhǎng)與溫度不斷提高而有所增大；車轍深度將伴隨時(shí)間不斷延長(zhǎng)與溫度不斷提高而有所減小。其原因?yàn)椋诶匣螅瑸r青將變硬，流變性降低，但抗變形能力將有一定增強(qiáng)，抗車轍能力因此提高。老化后，殘留穩(wěn)定度與TSR值均降低，AC-13型在135 ℃溫度條件下的殘留穩(wěn)定度減小3.8%、TSR值減小1.8%，在155 ℃溫度條件下的殘留穩(wěn)定度減小9.9%、TSR值減小7.3%；SMA-16型在135 ℃溫度條件下的殘留穩(wěn)定度減小2.3%、TSR值減小5.5%，在155 ℃溫度條件下的殘留穩(wěn)定度減小1.5%、TSR值減小2.4%。可見，相比之下，155 ℃這一老化溫度會(huì)對(duì)混合料自身水穩(wěn)定性造成較大影響，這和高溫車轍指標(biāo)幾乎相同，在一定程度上驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可行性與準(zhǔn)確性，具備參考價(jià)值。基于此，在155 ℃溫度條件下持續(xù)加熱4 h能良好的模擬混合料在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的老化。

2 漢堡車轍試驗(yàn)

先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配合比進(jìn)行試件的制作，然后在水浴55 ℃的條件下進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表4結(jié)果可以看出，該試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果和之前車轍試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果完全相反，即車轍深度伴隨時(shí)間的不斷延長(zhǎng)與溫度的不斷提高表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，其它兩項(xiàng)指標(biāo)，即蠕變斜率和剝落點(diǎn)分別伴隨時(shí)間的不斷延長(zhǎng)與溫度的不斷提高表現(xiàn)出增加和減小的趨勢(shì)。對(duì)于AC-13型，其車轍深度從14.38 mm增加至16.43 mm、蠕變斜率從0.000 313增加至0.000 357、剝落點(diǎn)從15 782次減少至13 162次；對(duì)于SMA-16型，其車轍深度從10.96 mm增加至12.38 mm、蠕變斜率從0.000 201增加至0.000 217，SMA-16型的抗老化能力比AC-13型強(qiáng)。當(dāng)老化溫度升高時(shí)，混合料性能受到的影響明顯增大，其原因?yàn)椋瑸r青和集料之間的黏附性將由于溫度的升高而變差，使混合料自身粘結(jié)力降低，受荷載作用后，水分導(dǎo)致混合料發(fā)生離析，最終產(chǎn)生松散剝落。

通過以上分析可知，只采用動(dòng)穩(wěn)定度這一項(xiàng)指標(biāo)無法對(duì)混合料性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，若需要對(duì)混合料性能進(jìn)行綜合分析，應(yīng)做好其它試驗(yàn)，包括低溫試驗(yàn)和凍融試驗(yàn)，以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)混合料性能進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于漢堡車轍試驗(yàn)，它可以對(duì)路面受動(dòng)力壓力反復(fù)作用后產(chǎn)生的高溫?fù)p害進(jìn)行模擬，試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，一般情況下荷載的作用次數(shù)可以達(dá)到2萬次左右，可以較為真實(shí)且準(zhǔn)確的反映出在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)瀝青發(fā)生老化對(duì)混合料性能造成的影響，可彌補(bǔ)常規(guī)試驗(yàn)只能對(duì)短期老化造成的性能影響進(jìn)行分析的局限性。

3 結(jié)束語

綜上所述，AC-13與SMA-16型兩種混合料的瀝青老化現(xiàn)象都會(huì)對(duì)混合料性能造成影響，由于AC-13與SMA-16型兩種混合料較為常用，具有代表性，所以可認(rèn)定任何一種混合料的瀝青發(fā)生老化都會(huì)對(duì)其性能造成影響。需要注意，為明確和驗(yàn)證瀝青老化對(duì)混合料性能造成的影響，僅采用一種試驗(yàn)是不夠的，漢堡車轍試驗(yàn)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青老化對(duì)混合料性能所造成的影響，具有不可替代的重要意義。