西藏高海拔地區瀝青老化室內外對比分析

夏洋洋

（西藏大學工學院，西藏拉薩 850000）

1 高海拔地區瀝青老化影響因素分析與研究目的

瀝青老化是指瀝青熱拌、施工及使用過程中受到溫度、光照、空氣和降水等外界環境因素的影響以及車輛荷載的作用而發生揮發、氧化等一系列不可逆的物理變化和化學變化，使瀝青性質發生較大的變化，宏觀上表現為質量發生變化、針入度減小、軟化點升高以及延度變小，從而導致了瀝青性能的劣化。瀝青老化后，瀝青的指標出現劣化，表現在瀝青的粘度增大、軟化點升高，針入度、延度降低。老化后瀝青的粘附性、柔性等性質也隨之劣化，使瀝青混合料的耐久性、水穩性和低穩抗裂性降低。老化的瀝青路面表現為表面干枯、脆化、進而出現開裂、松散等病害。《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）于2011 年正式執行，在規范中認為薄膜烘箱實驗（TFOT）和旋轉薄膜烘箱實驗（RTFOT）對于實驗所能夠得到的結論相差不大，兩者都可以作為短期老化的實驗方法。在高海拔地區，隨著瀝青路面建成通車后，荷載與光照等影響因素，會導致瀝青的老化現象。拉薩市光照強度大，日照時間長。西藏是全國的太陽輻射最強的地方，拉薩全年總輻射是同緯度成都的2.1 倍，上海的1.7 倍。拉薩全年日照時數 3005h，為成都的2.4 倍，上海的1.5 倍。在高原地區修建瀝青道路，瀝青的老化規律與光照時間將成為重點的研究對象。

瀝青老化后將會導致瀝青路面的龜裂、集料的剝離等路面病害，影響行車的舒適性與安全。通過瀝青薄膜烘箱實驗（TFOT），把瀝青的老化程度與光照程度經行分析，找出相關性，能夠為日后在高原地區修建道路提供有力的參考依據。本文所用瀝青為世面上常見的70﹟基質瀝青。其相關性能見表1。

表1 70﹟基質瀝青性能指標

2 瀝青老化試驗方案

瀝青的老化特性主要受到時間還有紫外線強度的影響，可以將時間與受到紫外線照射的強度進行相互關聯。同時為了探究室外紫外線對瀝青組分影響深度，本文采用了不同厚度的瀝青進行實驗，從針入度、軟化點、延度三大指標對其進行實驗論證。

2.1 瀝青室內老化試驗

當前主要采用SHRP 計劃中所提出的薄膜烘箱老化試驗（TFOT），根據規定，將50g 瀝青放在14cm 的圓盤上，實驗溫度設定為163℃，實驗時間為5h。儀器應按放在通在條件良好的試驗室，（在做試驗時，有含瀝青的熱空氣溢出）供電線路單獨控制，并具有良好的保險、接地、在電壓不穩條件下，加裝220V、3000W穩壓器，啟動電源，調節各部件工作是否正常，按試驗要求溫度調止163℃，觀察工作室儀表顯示溫度。恒溫后即可按試驗方法規定稱取一定瀝青試樣，分別裝入縮口試驗瓶中，然后均勻地安裝在轉盤孔內，（當含有樣品的試驗瓶不足8 只時，也應將空瓶安放在轉盤孔內），啟動空氣壓縮機和烘箱下部流量計穩流閥，供其流量為4000mL/min，當到達試驗：規定時間后停止加熱、轉盤旋轉，開啟工作室門將試樣瓶取出，老化試驗儀器見圖1。

圖1 瀝青老化試驗機

2.2 瀝青室外老化試驗

將瀝青置于室外進行老化試驗，為了驗證室外紫外線所影響瀝青深度進行對比，室外所用瀝青容器也為14cm，分別將50g、60g、70g 放在圓盤上。實驗時間以30d 為一個階段，共有四個階段。

3 實驗結果與分析

3.1 同質量室內老化試驗結果與室外老化結果

將同樣質量的瀝青經過室外環境實驗之后，進行瀝青三大指標實驗，實驗結果見表2。

表2 70﹟基質瀝青室內外老化后性能指標

3.2 紫外線對不同瀝青層影響厚度的對比

為了探究紫外線對不同瀝青層厚度的影響，將不同瀝青層后的瀝青經過四個階段后，進行三大指標實驗，針入度實驗結果見表 3~表 5。

表3 70﹟基質不同厚度瀝青室內外老化后針入度指標

表4 70﹟基質不同厚度瀝青室內外老化后軟化點指標

表5 70﹟基質不同厚度瀝青室內外老化后15℃延度指標

不同厚度的瀝青經過室外紫外線照射四個階段，針入度變化并不明顯，說明紫外線對瀝青針入度影響不大。

不同厚度的瀝青經過室外紫外線照射四個階段，軟化點變化并不明顯，說明紫外線對瀝青針入度影響不大。

不同厚度的瀝青經過室外紫外線照射四個階段，隨著瀝青厚度的增加，延度略有變化，但增長的幅度有限。

3.3 實驗結果分析

從表1 可以看出，瀝青經過室內薄膜烘箱老化試驗（TFOT），瀝青的針入度、延度、軟化點與室外瀝青經過60d 相近。已有的相關研究中，平原地區經過90d 才能達到薄膜烘箱老化試驗（TFOT）的實驗效果，說明在拉薩等高海拔地區，短期瀝青老化比平原快1/3 左右。

從表3~表5，可以看出，表3 中針入度指標隨著瀝青厚度的增加，改變并不明顯，說明紫外線能夠影響的瀝青厚度有限。表4中軟化點隨著瀝青厚度的增加，數值變低，但其數值變化幅度有限，隨著室外照射時間增加，到了第四階段，瀝青軟化點隨著厚度增加，數值變化比較大，通過觀察與觸碰，是瀝青表面產生細小龜裂，而厚度的增加能夠很好地降低其軟化點數值。表5 中延度指標與軟化點指標有類似的數值變化，都是指標初期變化不明顯，但是經過三個階段后，厚度指標影像力增強。

在瀝青經過完整的四個階段，發現隨著時間的推移，瀝青表面產生一些細微的裂縫，同時產生碳化現象，導致紫外線能夠照射到更深處的位置，在高原地區實際施工中，建議適當增加瀝青含量。

4 結論

本文針對西藏拉薩地區太陽輻射強，通過薄膜烘箱老化試驗（TFOT）對比了室內外瀝青針入度、延度、軟化點三大指標，發現高原地區瀝青老化現象明顯高于平原地區，120d 老化速度快了大約1/3。同時推薦在實際施工中，應當適當增加瀝青用量。