沥青混合料的老化

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1、沥青混合料的老化性能,主要内容,一、沥青混合料老化的国内外研究现状 二、沥青混合料老化的定义 三、沥青混合料老化的原因 四、沥青混合料老化试验方法与评价 五、沥青混合料老化性能 六、沥青混合料老化防预措施,一、沥青混合料老化的国内外研究现状,1.1国外研究现状 最早由AWDOW提出了导致沥青老化的原因，1903年他发表文章认为，沥青混合料中的沥青由于加热使得质量恶化和针入度减少。在19871993年间，美国SHRP沥青项目的研究者以SUPERPAVE作为SHRP沥青项目的最终产品，集成基于沥青性能的沥青规范、试验方法、试验标准和混合料设计系统。美国SHRP项目关于沥青混合料短期老化的评价方法采

2、用烘箱老化试验，长期老化的评价方法采用长期烘箱老化试验。 1.2国内研究现状,国内对沥青老化性能的研究还是比较多的，最先认为沥青在老化过程中，各组分间的变化属于顺序连串反应，只是定性分析，未对定量做研究；通过薄膜烘箱老化，对沥青进行不同温度，不同时间的老化，测定沥青分子量与分子量分布的变化。我国2005年执行的公路沥青路面施工技术规范也将烘箱老化试验作为沥青混合料老化的评价方法。 二、沥青混合料老化的定义 沥青老化分为两个阶段，即沥青混合料在拌和过程中的老化和沥青路面在使用过程中的老化。沥青混合料在拌和过程中的老化是指沥青热态运输、储存、加热升温以及在热集料混合过程中引起的老化；沥青路面在使用

3、中的老化是指沥青路面在长期使用期间，由于受到各种自然因素，导致沥青混合料发生变化，最终路面开裂损坏。,三、沥青混合料老化的原因,31运输、储存、加热过程中的老化 沥青从炼油厂炼制出来，一直装在保温的沥青罐内，运至用户，用户接到将沥青加热至输送温度，然后降温储存，使用时再进行加热。由于温度升高加速分子变化，除了引起沥青蒸发，还能使沥青发生物理化学反应。 受热使沥青的轻质油分不断挥发，使沥青变硬变脆，降低粘结性。 储罐表面的沥青与空气接触，与空气中的氧气会发生一些聚合反应。 沥青在管道内不断运行并由储罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积增大，沥青将发生氧化反应。,沥青储蓄在密闭的储油罐中，沥青的数量多

4、，深度深，接触加热源及空气的面积较小，所以这个阶段的老化并不严重。 如果沥青在储存过程中使用的热源是蒸汽锅炉，往往会有漏气的情况发生，水蒸气进入沥青中，就凝聚成水，很难与沥青分离，必须对沥青脱水。 沥青是被密闭封存，且不再加热，即冷态储存。 32在加热拌和及铺筑过程中的老化 拌制沥青混合料前需要加热至流动状态，沥青加热温度较高，在泵送过程中反复循环，与空气接触较多，老化速度加快，加热时间越长，老化越严重。因此沥青加热时间不宜超过6h。 拌和温度、拌和时间、沥青膜的厚度会影响沥青的老化程度。,拌和机的类型也会影响拌和过程的老化程度。对间歇式拌和机，受高温，接触热空气，即轻质油必须迅速挥发，且又与

5、氧气发生化学反应，从而引起严重的老化。对连续式拌和机，除了矿料加热温度的影响外，还受热烟气的影响，空气中的热和氧的作用比间歇式的拌和机更为严重。 当沥青混合料卸入储料仓中时，部分空气随沥青混合料一起被困在材料的空隙之中，发生氧化反应。料仓的进出门必须密封。仓顶的空气与沥青混合料表面发生作用而产生二氧化碳，防止沥青混合料进一步老化。因此为了减少沥青在储料仓中的老化，一些国家已经采用向储蓄仓中充注氮气和二氧化碳等惰性气体的方法以降低沥青和氧气接触的机会，从而减轻由氧气引起的沥青老化。,3.3沥青在路面使用过程中的老化,沥青路面在长期使用过程中，由于受到各种自然因素，特别是在水分、紫外线、氧气以及车

6、辆荷载的作用，使沥青混合料产生许多复杂的物理、化学变化，沥青渐渐老化而硬化，最终路面开裂而损坏。导致沥青老化的因素除了水分与紫外线作用外，还与三个化学成分的因素有关 由于挥发或集料的吸收使低分子油分含量减少， 由于同大气中的氧发生反应使沥青的化学结构发生变化， 分子间形成可导致触变效应的结构(位阻硬化）。 沥青路面使用期老化的主要原因是与大气中氧的反应及分子结构的变化。,沥青混合料使用过程中沥青的老化是一个漫长而复杂的过程，但也表现出一些共同的规律。 沥青路面在使用早期针入度急剧变小，其后继续变小，但趋于缓和。 沥青混合料的空隙率是影响沥青老化的主要因素。 沥青混合料集料表面沥青膜的厚度对混合

7、料的老化有很重要的影响。 沥青路面中不同部位的沥青老化程度有明显差别的。 光对沥青的耐久性影响。 沥青混合料的老化源于沥青结合料的老化。,四、沥青混合料老化试验方法与评价,沥青自身的老化状态与沥青混合料的老化状态不同，沥青和矿料的相互作用及混合料的结构，对沥青混合料的老化有显著影响。 4.1室内模拟沥青混合料老化的试验方法 沥青混合料的短期老化试验 试验方法应体现沥青混合料在拌和、储存和运输中受热而挥发和氧化的效应，以模拟沥青混合料施工阶段的老化效应，仅仅采用室内试验拌和的混合料是不够的。SHRP提出了备选的三种试验方法：,烘箱加热法：将拌和的沥青混合料放在烘箱中一定时间，使沥青混合料老化，

8、延时拌和法：适当延长混合料的拌和时间，使沥青混合料老化， 微波加热法：将拌和的沥青混合料用微波加热，使沥青混合料老化。 烘箱加热法控制沥青混合料老化程度的重要条件是温度和时间效应。短期老化实际上应包括沥青在拌和过程中的老化和在烘箱中的继续老化两个过程在内。 其中烘箱加热法被认为模拟施工条件好、方法简便、设备投资费用不高，因而是室内模拟沥青混合料短期老化的最有效方法。,沥青混合料的长期老化试验 模拟沥青路面在使用过程中经受日照、雨水、温度以及行车和在综合作用下而引起沥青混合料的老化，美国SHRP提出了三种长期老化试验的备选方法: 加压氧化，对沥青混合料施以低压氧气， 延时烘箱加热法，对沥青混合料

9、施以高温强化手段， 红外线（紫外线）处理，将试件在红外线、紫外线下照射一定的时间，主要模拟太阳光对沥青的老化情况。 延时烘箱加热和加压氧化处理，都是为了模拟沥青路面的野外老化程度。温度、时间、空隙率大小对沥青混合料的老化程度有影响，是重要参数。 结论延时烘箱加热老化和加压氧化处理是模拟沥青混合料长期老化最有效的试验方法。,4.2沥青混合料老化性能的评价指标,目前国内外通行的评价沥青混合料老化的试验方法分为两类： 对老化的沥青混合料进行各种与路面性能密切相关的物理力学性能试验。 从经过老化的沥青混合料中回收沥青结合料，进行老化后的沥青结合料的性能试验。 评价老化后的沥青混合料的力学性能试验方法主

10、要有回弹模量试验、间接抗拉试验、蠕变试验和动态模量试验等。 对于试验的评价需要考虑试验条件、仪器设备的经费、时间长短、实际价值等。,五、沥青混合料的老化性能,沥青路面的老化，主要是所含沥青结合料的老化。沥青结合料老化是指沥青从炼油厂被炼制出来后，在储存、运输、施工及使用过程中，由于长时间地暴露在空气中，在环境因素如受热、氧气、阳光和水的作用下，会发生一系列的挥发、氧化、聚合，乃至沥青内部结构发生变化，同时发生性质变化。 受沥青老化的影响，路面沥青混合料的物理力学性能随着时间的推移逐年降低，直至满足不了交通荷载的要求而发生裂化。 通常对回收沥青的性能进行评价采用的试验项目主要有针入度、黏度、延度

11、、沥青组分等。,沥青老化的程度还与混合料级配、路面的密度、空隙率有密切关系。 针入度下降到30时，沥青就到了使用极限 与连续级配沥青混合料相比，间断级配沥青混合料更易由于热、氧和紫外线的作用而发生老化更易由于蒸发作用损失质量，其收缩现象也比较严重，它可以通过表面罩以预涂沥青的石屑减轻老化作用。 增大混合料密度可以大大减缓其他老化。 路面的破坏是由荷载和非荷载因素的共同作用所致。 老化沥青与常规沥青材料相比在化学组分上都有明显的变化，其表现为沥青质明显增加，饱和分、芳香分含量变化不大，胶质含量有所降低。,沥青在老化过程中组分的变化会引起胶体结构的变化，主要表现为溶胶向溶凝胶转化，溶凝胶向凝胶转化

12、。老化沥青胶体结构的变化，随之会引起沥青流变性质的变化，其主要特征是沥青的黏度和复合流动度有很大变化。 沥青路面使用过程中老化与空隙率有关，空隙率大，空气、水分进入结构层内部，加速沥青老化。 沥青路面的老化速率与外界的环境条件也有很大关系。 温度高，沥青路面的老化速度快。,六、沥青混合料的老化预防措施,尽可能采用比较低的拌和温度 尽量缩短沥青混合料的高温保温时间 使用适当的外加剂 合理进行混合料设计 尽可能采用密实式混合料，降低空隙率，减少阳光，雨水通过空隙进入混合料内，减轻沥青的氧化和剥落。,进一步研究： 沥青的老化是由轻质油份挥发、沥青的氧化分解及位阻硬化所引起的，氧化及位阻硬化是引起路面

13、使用期过早老化的主要原因。 德国的研究结果表明，当软化点因老化而升高至5456，表面开裂，软化点较高，裂缝率越大。 日本名神高速公路的调查表明，老化后的沥青针入度下降到45，延度低于20时，路面开裂较多。,我国的研究得出老化对沥青混合料的破坏劲度模量有显著影响，破坏劲度模量对老化水平的回归模型有很好的线性相关性。混合料的短期老化作用将混合料初始劲度模量提高约30%40%,长期老化作用将混合料初始劲度模量提高65%75%。为了避免低温开裂，采用较大的油石比，矿粉用量不宜过多，老化是使得路面发生低温开裂的重要原因。,掺TPS沥青添加剂排水性沥青混合料的老化性能：各种排水性沥青混合料随老化程度的增加间接拉伸强度而增大。采用间接拉伸强度作为评价指标， TPS添加剂掺量较大的排水性沥青混合料的老化性能反而有所下降，沥青老化后劲度模量会升高，排水性沥青混合料随老化程度的增加其间接拉伸破坏劲度模量也会增大。各种掺量的TPS排水性沥青混合料的破坏劲度模量规律较为混乱，不容易衡量评价沥青混合料抗老化能力。,