瀝青混合料的老化

1、瀝青混合料的瀝青混合料的老化性能老化性能 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、瀝青混合料老化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀一、瀝青混合料老化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 二、瀝青混合料老化的定義二、瀝青混合料老化的定義 三、瀝青混合料老化的原因三、瀝青混合料老化的原因 四、瀝青混合料老化試驗方法與評價四、瀝青混合料老化試驗方法與評價 五、瀝青混合料老化性能五、瀝青混合料老化性能 六、瀝青混合料老化防預(yù)措施六、瀝青混合料老化防預(yù)措施一、瀝青混合料老化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀一、瀝青混合料老化的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.11.1國外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀 最早由最早由AWDOW提出了導(dǎo)致瀝青老化的原因，提出了導(dǎo)致瀝青老化的原因，1903年他發(fā)表文章認為，

2、瀝青混合料中的瀝青由于加熱使得質(zhì)年他發(fā)表文章認為，瀝青混合料中的瀝青由于加熱使得質(zhì)量惡化和針入度減少。在量惡化和針入度減少。在19871993年間，美國年間，美國SHRP瀝青項目的研究者以瀝青項目的研究者以SUPERPAVE作為作為SHRP瀝青項目的瀝青項目的最終產(chǎn)品，集成基于瀝青性能的瀝青規(guī)范、試驗方法、試最終產(chǎn)品，集成基于瀝青性能的瀝青規(guī)范、試驗方法、試驗標準和混合料設(shè)計系統(tǒng)。美國驗標準和混合料設(shè)計系統(tǒng)。美國SHRP項目關(guān)于瀝青混合項目關(guān)于瀝青混合料短期老化的評價方法采用烘箱老化試驗，長期老化的評料短期老化的評價方法采用烘箱老化試驗，長期老化的評價方法采用長期烘箱老化試驗。價方法采用長期烘

3、箱老化試驗。1.21.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對瀝青老化性能的研究還是比較多的，最先認為瀝國內(nèi)對瀝青老化性能的研究還是比較多的，最先認為瀝青在老化過程中，各組分間的變化屬于順序連串反應(yīng)，只青在老化過程中，各組分間的變化屬于順序連串反應(yīng)，只是定性分析，未對定量做研究；通過薄膜烘箱老化，對瀝是定性分析，未對定量做研究；通過薄膜烘箱老化，對瀝青進行不同溫度，不同時間的老化，測定瀝青分子量與分青進行不同溫度，不同時間的老化，測定瀝青分子量與分子量分布的變化。我國子量分布的變化。我國20052005年執(zhí)行的年執(zhí)行的公路瀝青路面施工公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范也將烘箱老化試驗作為瀝青混合料老化

4、的評價也將烘箱老化試驗作為瀝青混合料老化的評價方法。方法。二、瀝青混合料老化的定義二、瀝青混合料老化的定義 瀝青老化分為兩個階段，即瀝青混合料在拌和過程中瀝青老化分為兩個階段，即瀝青混合料在拌和過程中的老化和瀝青路面在使用過程中的老化。瀝青混合料在拌的老化和瀝青路面在使用過程中的老化。瀝青混合料在拌和過程中的老化是指瀝青熱態(tài)運輸、儲存、加熱升溫以及和過程中的老化是指瀝青熱態(tài)運輸、儲存、加熱升溫以及在熱集料混合過程中引起的老化；瀝青路面在使用中的老在熱集料混合過程中引起的老化；瀝青路面在使用中的老化是指瀝青路面在長期使用期間，由于受到各種自然因素，化是指瀝青路面在長期使用期間，由于受到各種自然因

5、素，導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生變化，最終路面開裂損壞。導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生變化，最終路面開裂損壞。 三、瀝青混合料老化的原因三、瀝青混合料老化的原因3 31 1運輸、儲存、加熱過程中的老化運輸、儲存、加熱過程中的老化 瀝青從煉油廠煉制出來，一直裝在保溫的瀝青罐內(nèi)，運瀝青從煉油廠煉制出來，一直裝在保溫的瀝青罐內(nèi)，運至用戶，用戶接到將瀝青加熱至輸送溫度，然后降溫儲存，至用戶，用戶接到將瀝青加熱至輸送溫度，然后降溫儲存，使用時再進行加熱。由于溫度升高加速分子變化，除了引使用時再進行加熱。由于溫度升高加速分子變化，除了引起瀝青蒸發(fā)，還能使瀝青發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。起瀝青蒸發(fā)，還能使瀝青發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。 受熱使瀝青

6、的輕質(zhì)油分不斷揮發(fā)，使瀝青變硬變脆，降受熱使瀝青的輕質(zhì)油分不斷揮發(fā)，使瀝青變硬變脆，降低粘結(jié)性。低粘結(jié)性。 儲罐表面的瀝青與空氣接觸，與空氣中的氧氣會發(fā)生一儲罐表面的瀝青與空氣接觸，與空氣中的氧氣會發(fā)生一些聚合反應(yīng)。些聚合反應(yīng)。 瀝青在管道內(nèi)不斷運行并由儲罐頂處灑落到罐內(nèi)時，瀝瀝青在管道內(nèi)不斷運行并由儲罐頂處灑落到罐內(nèi)時，瀝青的表面積增大，瀝青將發(fā)生氧化反應(yīng)。青的表面積增大，瀝青將發(fā)生氧化反應(yīng)。 瀝青儲蓄在密閉的儲油罐中，瀝青的數(shù)量多，深度深，瀝青儲蓄在密閉的儲油罐中，瀝青的數(shù)量多，深度深，接觸加熱源及空氣的面積較小，所以這個階段的老化并不接觸加熱源及空氣的面積較小，所以這個階段的老化并不嚴重

7、。嚴重。 如果瀝青在儲存過程中使用的熱源是蒸汽鍋爐，往往如果瀝青在儲存過程中使用的熱源是蒸汽鍋爐，往往會有漏氣的情況發(fā)生，水蒸氣進入瀝青中，就凝聚成水，會有漏氣的情況發(fā)生，水蒸氣進入瀝青中，就凝聚成水，很難與瀝青分離，必須對瀝青脫水。很難與瀝青分離，必須對瀝青脫水。 瀝青是被密閉封存，且不再加熱，即冷態(tài)儲存。瀝青是被密閉封存，且不再加熱，即冷態(tài)儲存。32在加熱拌和及鋪筑過程中的老化在加熱拌和及鋪筑過程中的老化 拌制瀝青混合料前需要加熱至流動狀態(tài)，瀝青加熱溫度拌制瀝青混合料前需要加熱至流動狀態(tài)，瀝青加熱溫度較高，在泵送過程中反復(fù)循環(huán)，與空氣接觸較多，老化速較高，在泵送過程中反復(fù)循環(huán)，與空氣接觸較

8、多，老化速度加快，加熱時間越長，老化越嚴重。因此瀝青加熱時間度加快，加熱時間越長，老化越嚴重。因此瀝青加熱時間不宜超過不宜超過6h6h。 拌和溫度拌和溫度、拌和時間、瀝青膜的厚度會影響瀝青的老、拌和時間、瀝青膜的厚度會影響瀝青的老化程度。化程度。 拌和機的類型也會影響拌和過程的老化程度。對間歇式拌和機的類型也會影響拌和過程的老化程度。對間歇式拌和機，受高溫，接觸熱空氣，即輕質(zhì)油必須迅速揮發(fā)，拌和機，受高溫，接觸熱空氣，即輕質(zhì)油必須迅速揮發(fā)，且又與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起嚴重的老化。對連續(xù)且又與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起嚴重的老化。對連續(xù)式拌和機，除了礦料加熱溫度的影響外，還受熱煙氣的影式拌和

9、機，除了礦料加熱溫度的影響外，還受熱煙氣的影響，空氣中的熱和氧的作用比間歇式的拌和機更為嚴重。響，空氣中的熱和氧的作用比間歇式的拌和機更為嚴重。 當(dāng)瀝青混合料卸入儲料倉中時，部分空氣隨瀝青混合當(dāng)瀝青混合料卸入儲料倉中時，部分空氣隨瀝青混合料一起被困在材料的空隙之中，發(fā)生氧化反應(yīng)。料倉的進料一起被困在材料的空隙之中，發(fā)生氧化反應(yīng)。料倉的進出門必須密封。倉頂?shù)目諝馀c瀝青混合料表面發(fā)生作用而出門必須密封。倉頂?shù)目諝馀c瀝青混合料表面發(fā)生作用而產(chǎn)生二氧化碳，防止瀝青混合料進一步老化。因此為了減產(chǎn)生二氧化碳，防止瀝青混合料進一步老化。因此為了減少瀝青在儲料倉中的老化，一些國家已經(jīng)采用向儲蓄倉中少瀝青在儲料

10、倉中的老化，一些國家已經(jīng)采用向儲蓄倉中充注氮氣和二氧化碳等惰性氣體的方法以降低瀝青和氧氣充注氮氣和二氧化碳等惰性氣體的方法以降低瀝青和氧氣接觸的機會，從而減輕由氧氣引起的瀝青老化。接觸的機會，從而減輕由氧氣引起的瀝青老化。3.33.3瀝青在路面使用過程中的老化瀝青在路面使用過程中的老化 瀝青路面在長期使用過程中，由于受到各種自然因素，瀝青路面在長期使用過程中，由于受到各種自然因素，特別是在水分、紫外線、氧氣以及車輛荷載的作用，使瀝特別是在水分、紫外線、氧氣以及車輛荷載的作用，使瀝青混合料產(chǎn)生許多復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，瀝青漸漸老化青混合料產(chǎn)生許多復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，瀝青漸漸老化而硬化，最終路面

11、開裂而損壞。導(dǎo)致瀝青老化的因素除了而硬化，最終路面開裂而損壞。導(dǎo)致瀝青老化的因素除了水分與紫外線作用外，還與三個化學(xué)成分的因素有關(guān)水分與紫外線作用外，還與三個化學(xué)成分的因素有關(guān) 由于揮發(fā)或集料的吸收使低分子油分含量減少，由于揮發(fā)或集料的吸收使低分子油分含量減少， 由于同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)使瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由于同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)使瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， 分子間形成可導(dǎo)致觸變效應(yīng)的結(jié)構(gòu)分子間形成可導(dǎo)致觸變效應(yīng)的結(jié)構(gòu)( (位阻硬化）。位阻硬化）。 瀝青路面使用期老化的主要原因是與大氣中氧的反應(yīng)瀝青路面使用期老化的主要原因是與大氣中氧的反應(yīng)及分子結(jié)構(gòu)的變化。及分子結(jié)構(gòu)的變化。 瀝青混合料使

12、用過程中瀝青的老化是一個漫長而復(fù)雜的瀝青混合料使用過程中瀝青的老化是一個漫長而復(fù)雜的過程，但也表現(xiàn)出一些共同的規(guī)律。過程，但也表現(xiàn)出一些共同的規(guī)律。 瀝青路面在使用早期針入度急劇變小，其后繼續(xù)變小，瀝青路面在使用早期針入度急劇變小，其后繼續(xù)變小，但趨于緩和。但趨于緩和。 瀝青混合料的空隙率是影響瀝青老化的主要因素。瀝青混合料的空隙率是影響瀝青老化的主要因素。 瀝青混合料集料表面瀝青膜的厚度對混合料的老化有很瀝青混合料集料表面瀝青膜的厚度對混合料的老化有很重要的影響。重要的影響。 瀝青路面中不同部位的瀝青老化程度有明顯差別的。瀝青路面中不同部位的瀝青老化程度有明顯差別的。 光對瀝青的耐久性影響。

13、光對瀝青的耐久性影響。 瀝青混合料的老化源于瀝青結(jié)合料的老化。瀝青混合料的老化源于瀝青結(jié)合料的老化。 四、瀝青混合料老化試驗方法與評價四、瀝青混合料老化試驗方法與評價 瀝青自身的老化狀態(tài)與瀝青混合料的老化狀態(tài)不同，瀝瀝青自身的老化狀態(tài)與瀝青混合料的老化狀態(tài)不同，瀝青和礦料的相互作用及混合料的結(jié)構(gòu)，對瀝青混合料的老青和礦料的相互作用及混合料的結(jié)構(gòu)，對瀝青混合料的老化有顯著影響?；酗@著影響。4.14.1室內(nèi)模擬瀝青混合料老化的試驗方法室內(nèi)模擬瀝青混合料老化的試驗方法瀝青混合料的短期老化試驗瀝青混合料的短期老化試驗 試驗方法應(yīng)體現(xiàn)瀝青混合料在拌和、儲存和運輸中受熱試驗方法應(yīng)體現(xiàn)瀝青混合料在拌和、儲

14、存和運輸中受熱而揮發(fā)和氧化的效應(yīng)，以模擬瀝青混合料施工階段的老化而揮發(fā)和氧化的效應(yīng)，以模擬瀝青混合料施工階段的老化效應(yīng)，僅僅采用室內(nèi)試驗拌和的混合料是不夠的。效應(yīng)，僅僅采用室內(nèi)試驗拌和的混合料是不夠的。SHRPSHRP提提出了備選的三種試驗方法：出了備選的三種試驗方法： 烘箱加熱法：將拌和的瀝青混合料放在烘箱中一定時間，烘箱加熱法：將拌和的瀝青混合料放在烘箱中一定時間，使瀝青混合料老化，使瀝青混合料老化， 延時拌和法：適當(dāng)延長混合料的拌和時間，使瀝青混合延時拌和法：適當(dāng)延長混合料的拌和時間，使瀝青混合料老化，料老化， 微波加熱法：將拌和的瀝青混合料用微波加熱，使瀝青微波加熱法：將拌和的瀝青混合

15、料用微波加熱，使瀝青混合料老化?；旌狭侠匣?烘箱加熱法控制瀝青混合料老化程度的重要條件是溫烘箱加熱法控制瀝青混合料老化程度的重要條件是溫度和時間效應(yīng)。短期老化實際上應(yīng)包括瀝青在拌和過程中度和時間效應(yīng)。短期老化實際上應(yīng)包括瀝青在拌和過程中的老化和在烘箱中的繼續(xù)老化兩個過程在內(nèi)。的老化和在烘箱中的繼續(xù)老化兩個過程在內(nèi)。 其中烘箱加熱法被認為模擬施工條件好、方法簡便、其中烘箱加熱法被認為模擬施工條件好、方法簡便、設(shè)備投資費用不高，因而是室內(nèi)模擬瀝青混合料短期老化設(shè)備投資費用不高，因而是室內(nèi)模擬瀝青混合料短期老化的最有效方法。的最有效方法。瀝青混合料的長期老化試驗瀝青混合料的長期老化試驗 模擬瀝青路

16、面在使用過程中經(jīng)受日照、雨水、溫度以模擬瀝青路面在使用過程中經(jīng)受日照、雨水、溫度以及行車和在綜合作用下而引起瀝青混合料的老化，美國及行車和在綜合作用下而引起瀝青混合料的老化，美國SHRPSHRP提出了三種長期老化試驗的備選方法提出了三種長期老化試驗的備選方法: : 加壓氧化，對瀝青混合料施以低壓氧氣，加壓氧化，對瀝青混合料施以低壓氧氣， 延時烘箱加熱法，對瀝青混合料施以高溫強化手段，延時烘箱加熱法，對瀝青混合料施以高溫強化手段， 紅外線（紫外線）處理，將試件在紅外線、紫外線下照紅外線（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。射一定的時間，主要模擬太

17、陽光對瀝青的老化情況。 延時烘箱加熱和加壓氧化處理，都是為了模擬瀝青路延時烘箱加熱和加壓氧化處理，都是為了模擬瀝青路面的野外老化程度。溫度、時間、空隙率大小對瀝青混合面的野外老化程度。溫度、時間、空隙率大小對瀝青混合料的老化程度有影響，是重要參數(shù)。料的老化程度有影響，是重要參數(shù)。 結(jié)論延時烘箱加熱老化和加壓氧化處理是模擬瀝青混結(jié)論延時烘箱加熱老化和加壓氧化處理是模擬瀝青混合料長期老化最有效的試驗方法。合料長期老化最有效的試驗方法。4.24.2瀝青混合料老化性能的評價指標瀝青混合料老化性能的評價指標 目前國內(nèi)外通行的評價瀝青混合料老化的試驗方法分為目前國內(nèi)外通行的評價瀝青混合料老化的試驗方法分為

18、兩類：兩類： 對老化的瀝青混合料進行各種與路面性能密切相關(guān)的物對老化的瀝青混合料進行各種與路面性能密切相關(guān)的物理力學(xué)性能試驗。理力學(xué)性能試驗。 從經(jīng)過老化的瀝青混合料中回收瀝青結(jié)合料，進行老化從經(jīng)過老化的瀝青混合料中回收瀝青結(jié)合料，進行老化后的瀝青結(jié)合料的性能試驗。后的瀝青結(jié)合料的性能試驗。 評價老化后的瀝青混合料的力學(xué)性能試驗方法主要有評價老化后的瀝青混合料的力學(xué)性能試驗方法主要有回彈模量試驗、間接抗拉試驗、蠕變試驗和動態(tài)模量試驗回彈模量試驗、間接抗拉試驗、蠕變試驗和動態(tài)模量試驗等。等。 對于試驗的評價需要考慮試驗條件、儀器設(shè)備的經(jīng)費、對于試驗的評價需要考慮試驗條件、儀器設(shè)備的經(jīng)費、時間長短

19、、實際價值等。時間長短、實際價值等。五、瀝青混合料的老化性能五、瀝青混合料的老化性能 瀝青路面的老化，主要是所含瀝青結(jié)合料的老化。瀝青瀝青路面的老化，主要是所含瀝青結(jié)合料的老化。瀝青結(jié)合料老化是指瀝青從煉油廠被煉制出來后，在儲存、運結(jié)合料老化是指瀝青從煉油廠被煉制出來后，在儲存、運輸、施工及使用過程中，由于長時間地暴露在空氣中，在輸、施工及使用過程中，由于長時間地暴露在空氣中，在環(huán)境因素如受熱、氧氣、陽光和水的作用下，會發(fā)生一系環(huán)境因素如受熱、氧氣、陽光和水的作用下，會發(fā)生一系列的揮發(fā)、氧化、聚合，乃至瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同列的揮發(fā)、氧化、聚合，乃至瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時發(fā)生性質(zhì)變化。時

20、發(fā)生性質(zhì)變化。 受瀝青老化的影響，路面瀝青混合料的物理力學(xué)性能受瀝青老化的影響，路面瀝青混合料的物理力學(xué)性能隨著時間的推移逐年降低，直至滿足不了交通荷載的要求隨著時間的推移逐年降低，直至滿足不了交通荷載的要求而發(fā)生裂化。而發(fā)生裂化。 通常對回收瀝青的性能進行評價采用的試驗項目主要通常對回收瀝青的性能進行評價采用的試驗項目主要有針入度、黏度、延度、瀝青組分等。有針入度、黏度、延度、瀝青組分等。 瀝青老化的程度還與混合料級配、路面的密度、空隙率瀝青老化的程度還與混合料級配、路面的密度、空隙率有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。 針入度下降到針入度下降到3030時，瀝青就到了使用極限時，瀝青就到了使用極限 與連

21、續(xù)級配瀝青混合料相比，間斷級配瀝青混合料更易與連續(xù)級配瀝青混合料相比，間斷級配瀝青混合料更易由于熱、氧和紫外線的作用而發(fā)生老化更易由于蒸發(fā)作用由于熱、氧和紫外線的作用而發(fā)生老化更易由于蒸發(fā)作用損失質(zhì)量，其收縮現(xiàn)象也比較嚴重，它可以通過表面罩以損失質(zhì)量，其收縮現(xiàn)象也比較嚴重，它可以通過表面罩以預(yù)涂瀝青的石屑減輕老化作用。預(yù)涂瀝青的石屑減輕老化作用。 增大混合料密度可以大大減緩其他老化。增大混合料密度可以大大減緩其他老化。 路面的破壞是由荷載和非荷載因素的共同作用所致。路面的破壞是由荷載和非荷載因素的共同作用所致。 老化瀝青與常規(guī)瀝青材料相比在化學(xué)組分上都有明顯老化瀝青與常規(guī)瀝青材料相比在化學(xué)組分

22、上都有明顯的變化，其表現(xiàn)為瀝青質(zhì)明顯增加，飽和分、芳香分含量的變化，其表現(xiàn)為瀝青質(zhì)明顯增加，飽和分、芳香分含量變化不大，膠質(zhì)含量有所降低。變化不大，膠質(zhì)含量有所降低。 瀝青在老化過程中組分的變化會引起膠體結(jié)構(gòu)的變化，瀝青在老化過程中組分的變化會引起膠體結(jié)構(gòu)的變化，主要表現(xiàn)為溶膠向溶凝膠轉(zhuǎn)化，溶凝膠向凝膠轉(zhuǎn)化。老化主要表現(xiàn)為溶膠向溶凝膠轉(zhuǎn)化，溶凝膠向凝膠轉(zhuǎn)化。老化瀝青膠體結(jié)構(gòu)的變化，隨之會引起瀝青流變性質(zhì)的變化，瀝青膠體結(jié)構(gòu)的變化，隨之會引起瀝青流變性質(zhì)的變化，其主要特征是瀝青的黏度和復(fù)合流動度有很大變化。其主要特征是瀝青的黏度和復(fù)合流動度有很大變化。 瀝青路面使用過程中老化與空隙率有關(guān)，空隙率

23、大，瀝青路面使用過程中老化與空隙率有關(guān)，空隙率大，空氣、水分進入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，加速瀝青老化?？諝?、水分進入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，加速瀝青老化。 瀝青路面的老化速率與外界的環(huán)境條件也有很大關(guān)系。瀝青路面的老化速率與外界的環(huán)境條件也有很大關(guān)系。 溫度高，瀝青路面的老化速度快。溫度高，瀝青路面的老化速度快。 六、瀝青混合料的老化預(yù)防措施六、瀝青混合料的老化預(yù)防措施盡可能采用比較低的拌和溫度盡可能采用比較低的拌和溫度盡量縮短瀝青混合料的高溫保溫時間盡量縮短瀝青混合料的高溫保溫時間使用適當(dāng)?shù)耐饧觿┦褂眠m當(dāng)?shù)耐饧觿┖侠磉M行混合料設(shè)計合理進行混合料設(shè)計 盡可能采用密實式混合料，降低空隙率，減少陽光，盡可能采用密實式混合料，降低空隙率，減少陽光，雨水通過空隙進入混合料內(nèi)，減輕瀝青的氧化和剝落。雨水通過空隙進入混合料內(nèi)，減輕瀝青的氧化和剝落。進一步研究：進一步研究： 瀝青的老化是由輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青的氧瀝青的老化是由輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青的氧化分解及位阻硬化所引起的，氧化及位阻化分解及位阻硬化所引起的，氧化及位阻硬化是引起路面使用期過早老化的主要原硬化是引起路面使用期過早老化的主要原因。因。 德國的研究結(jié)果表明，當(dāng)軟化點因老德國的研究結(jié)果表明，當(dāng)軟化點因老化而升高至化而升高至54565456，表面開裂，軟化點，表面開裂，軟化點較高，裂縫率