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文檔簡介
7.1英達(dá)就地?zé)嵩偕夹g(shù)關(guān)鍵理念
作為一家長期從事瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的專業(yè)養(yǎng)護(hù)企業(yè),英達(dá)就地?zé)嵩?/p>
生在長期的施工及理論研究中對就地?zé)嵩偕M(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié),提出就地?zé)嵩偕?/p>
的“六大關(guān)鍵理念”。
7.1.1技術(shù)應(yīng)用:對癥下藥的技術(shù)方案
近年來,我國瀝青路面最常見的養(yǎng)護(hù)方式是銃刨重鋪,其施工方法是將破損
瀝青路面銃刨后重新攤鋪新瀝青混合料,技術(shù)雖然成熟,但是具有污染環(huán)境、浪
費(fèi)資源等缺點(diǎn)。除此之外,在技術(shù)方案上,銃刨攤鋪工藝單一,施工方法不具有
針對性,不考慮原路面結(jié)構(gòu)、病害類型等差異,均采用一刀切的施工方案,這是
不科學(xué)的。因?yàn)闉r青路面病害類型復(fù)雜、病害原因多樣,圖7-1為我國瀝青路面
目前主要的病害類型。
路面損壞
美
類
變田
其他
京
一—
凍
建
沉
車W
浪
板
脹
包
陷
轍1T
補(bǔ)
圖7-1瀝青路面主要病害
瀝青路面主要病害包括裂縫類、松散類、變形類及其它類,而瀝青路面出現(xiàn)
病害的原因也多種多樣,包括環(huán)境、荷載、設(shè)計、施工、材料等因素,而傳統(tǒng)的
方式缺少對其系統(tǒng)的分析和對癥下藥。
針對這種情況,就地?zé)嵩偕夹g(shù)充分考慮原路面狀況并根據(jù)分析情況提出針
對性方案,主要是通過以下方法實(shí)現(xiàn):
(1)充分的原路面狀況分析
與其它養(yǎng)護(hù)方式相比,原路面狀況對就地?zé)嵩偕┕ばЧ泻艽蟮挠绊?,?/p>
此在熱再生施工前需要對原路面進(jìn)行充分調(diào)查,調(diào)查內(nèi)容包括原路面設(shè)計、施工
及養(yǎng)護(hù)資料、交通量情況及其年增長率等數(shù)據(jù)、現(xiàn)場路面病害現(xiàn)狀等,并進(jìn)行統(tǒng)
計分析。此外還要了解當(dāng)?shù)丨h(huán)境(氣候、極端氣溫、最大溫度梯度等)、材料(石
料、瀝青及其供應(yīng)情況等)、路面使用和養(yǎng)護(hù)中存在的問題及基本養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)。
除此之外,為制定針對性的施工方案,還需要對原路面狀況及材料進(jìn)行評定,
即通過現(xiàn)場檢測和室內(nèi)試驗(yàn),評價目前路面的使用狀況及瀝青混合料的使用性
能。
(2)選擇不同的工藝流程和設(shè)備,確定針對性養(yǎng)護(hù)方案
就地?zé)嵩偕に嚢ㄕ?、?fù)拌、補(bǔ)強(qiáng)等各種不同的類型,就地?zé)嵩偕O(shè)備
包括加熱王、公路王、復(fù)拌機(jī)等具有不同功能的設(shè)備,可以根據(jù)前期對路面的調(diào)
查、分析結(jié)果,選擇針對性的技術(shù)方案,并根據(jù)方案對熱再生設(shè)備進(jìn)行模塊化組
成,以滿足施工要求。目前就地?zé)嵩偕O(shè)備可根據(jù)路面情況、方案內(nèi)容進(jìn)行不同
的組合,如圖7-2、7-3所示,實(shí)際工程中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇,表7-1
為部分工程選擇的工藝類型和設(shè)備組合。
路面加熱,再生?熱祜結(jié)硒蟠鋪、碾壓
HM16.RM600M運(yùn)料車攤鋪機(jī)?壓路機(jī)。
圖7-2整形熱再生設(shè)備組合
路面加熱P再生,加新料、復(fù)拌、務(wù)粘結(jié),椎情、觸
HM16PRM6800“運(yùn)料車"EM6500*抵鐳機(jī)壓路機(jī)“
圖7-3復(fù)拌熱再生設(shè)備組合
表7-1部分工程針對性的工藝類型和設(shè)備組合
再生類型特點(diǎn)
整形再生不改變道路既有標(biāo)高,消除路表變形和病害。
補(bǔ)強(qiáng)再生(基本型)消除路面變形、病害的同時對道路進(jìn)行罩面補(bǔ)強(qiáng)
復(fù)拌再生不改變標(biāo)高,優(yōu)化原路面級配,提高路用性能
補(bǔ)強(qiáng)再生(優(yōu)化型)增加路面厚度的同時優(yōu)化路面級配,提高承載力
7.1.2技術(shù)前提:間歇式加熱技術(shù)
對就地?zé)嵩偕鷣碚f,加熱溫度和深度是前提,也是關(guān)鍵。英達(dá)采用間歇式熱
輻射加熱技術(shù),既保證了加熱溫度和深度達(dá)到施工技術(shù)要求,又不燒焦路表面瀝
青。具體如圖7-4所示。
圖7-4間歇式加熱過程示意圖
圖7-6路面內(nèi)部溫度變化示意圖
加熱時間過長或工藝控制不當(dāng),容易造成瀝青混合料的過熱甚至老化,針對
這種情況,英達(dá)公司采用間歇式加熱技術(shù),如圖7-5所示,即施工前根據(jù)路面狀
況對設(shè)備設(shè)定溫度上限和溫度下限,然后開始加熱。當(dāng)路表溫度達(dá)到設(shè)定的溫度
上限時,設(shè)備停止加熱,熱量逐漸滲透到路面深層,當(dāng)路表溫度下降到設(shè)定的溫
度下限時,設(shè)備開始加熱。如圖7-6所示,采用這種間歇方式對瀝青路面進(jìn)行加
熱,在保證施工溫度的同時,有效防止施工加熱過程由于瀝青混合料的過熱而產(chǎn)
生的老化。
間歇式加熱技術(shù)是就地?zé)嵩偕夹g(shù)的前提,施工中只有在保證路面溫度的前
提下,才有可能對路面采用耙松而非銃刨。
7.1.3技術(shù)保證:不打碎礦料的翻松技術(shù)
間歇式加熱技術(shù)是就地?zé)嵩偕募夹g(shù)前提,也是實(shí)現(xiàn)不打碎礦料的翻松技術(shù)
的前提。
目前很多再生設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)切削刀具強(qiáng)制翻松工藝,造成部分集料被打碎,
主要是由于前期加熱不充分,只能采用銃刨刀具對路面進(jìn)行翻松。而采用間歇式
加熱技術(shù)可以保證施工溫度,在這種情況下,就可以實(shí)現(xiàn)采用耙齒對路面進(jìn)行翻
松,保證施工過程中不會對礦料造成破壞,如圖7-7、7-8所示。
圖7-7不打碎骨料的耙齒翻松方式圖7-8攤鋪前路面下承層
7.1.4技術(shù)核心:再生混合料級配可控技術(shù)
間歇式加熱保證了路面的施工溫度,也保證可以采用耙松技術(shù)不打碎礦料,
不破壞路面的級配,即可以做到施工后再生瀝青混合料級配的可控。在這種情況
下耙松后的混合料級配可以通過試驗(yàn)得到,是已知的,加入的新瀝青混合料級配
是預(yù)先設(shè)計好的,也是已知的,這兩者的比例關(guān)系通過試驗(yàn)和理論分析來確定,
并通過熱再生設(shè)備來實(shí)現(xiàn),因此,熱再生后的路面混合料級配就是已知和可控的。
簡言之就是“已知+已知=已知",而級配的可控也保證了施工后瀝青混合料的性
能,從而保證施工質(zhì)量。
相反,如果原路面采用銃刨刀具進(jìn)行施工,石料會被打碎,由于施工過程打
碎的數(shù)量和比例完全是一個隨機(jī)的不可控過程,使原路面混合料的級配被改變成
未知級配,即使加入的新瀝青混合料級配已知,熱再生后的路面混合料級配還是
未知和難以控制的,這對瀝青混合料的性能及施工后的路面質(zhì)量都會產(chǎn)生很大的
影響。簡言之就是“未知+已知=未知"。具體如圖7-9所示。
未知+已知二未知
其行料被打碎一再生后添加新料結(jié)果.級配未知
他
\級配未知(已如
廠flHE)
京
翩
打"的皆料要*未知的爆配+XX的已知9配
已知+已知=已知
英
達(dá)
圖7-9級配可控原理示意圖
實(shí)現(xiàn)了再生混合料級配的可控,就可以根據(jù)原路面使用情況和需要,通過加
入特定級配混合料,來優(yōu)化、調(diào)整原路面級配,提高路面質(zhì)量和壽命。
再生混合料級配可控技術(shù)是英達(dá)就地?zé)嵩偕夹g(shù)的核心,集中體現(xiàn)了英達(dá)就
地?zé)嵩偕睦砟?,完全符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)“減量化、資源化、再利用”三大原則和環(huán)
保低碳的時代潮流,值得大力推廣應(yīng)用。
7.1.5質(zhì)量保障:層間熱粘結(jié)技術(shù)
(1)層間熱粘結(jié)技術(shù)介紹
當(dāng)前我國一部分高速公路路面建成初期就會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的破壞,遠(yuǎn)達(dá)不到
設(shè)計年限要求。造成這種狀況的原因很多,如車輛荷載超載、使用環(huán)境惡劣、施
工質(zhì)量變異性、原材料、施工工藝控制不嚴(yán)格等原因。但根據(jù)我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),
很多早期的破壞與路面層間粘結(jié)不好、承載力不足也有很大關(guān)系。
瀝青路面設(shè)計時是設(shè)定各結(jié)構(gòu)層之間受力模型為層間完全連續(xù)的體系,即層
與層之間是被看作為一個整體,在計算各結(jié)構(gòu)層應(yīng)力時,采取的也是層間完全連
續(xù)彈性體系。然而實(shí)際工程施工中,目前的施工工藝層間粘結(jié)采用噴灑粘層油的
方法,造成層與層之間并不完全連接,與設(shè)計假設(shè)的理論前提不符,而且粘層油
在瀝青混合料之間本身也是一個薄弱層。尤其當(dāng)?shù)缆吩谑褂靡欢螘r間后,甚至出
現(xiàn)層與層之間的脫離,導(dǎo)致受力體系發(fā)生根本性變化。
之所以會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,主要是由當(dāng)前的傳統(tǒng)施工工藝造成。一般在施工
完成一層后不能及時的鋪筑上一層,更為嚴(yán)重的情況是還要在鋪筑好的路面上開
放交通或作為其他附屬工程的作業(yè)面,造成鋪設(shè)完成的路面嚴(yán)重污染。在傳統(tǒng)工
藝中,為加強(qiáng)層間粘結(jié),通常在施工完一層面層后,在攤鋪上面一層前,噴灑層
間粘層油,然后鋪設(shè)上層瀝青混合料,這樣會在兩層瀝青混凝土面層之間存在一
個薄弱夾層。且施工過程中上、下兩層混合料間存在較大的溫度梯度,上層熱料
在攤鋪、碾壓過程中混合料的熱量會傳遞給下面一層,造成層間部位的混合料溫
度急劇下降,在這種工況下碾壓使得新攤鋪層瀝青混合料與下層路面間會存在較
大的空穴。這些空穴在后期道路使用過程中都將成為潛伏的病灶,一旦有水進(jìn)入,
并當(dāng)空穴積滿水后,在車輪荷載反復(fù)作用下,該空穴中將會產(chǎn)生巨大的動水壓力,
并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖刷力,反復(fù)沖刷空穴周圍骨料表面的瀝青膜。一旦骨料上的瀝青
膜被破壞,空穴周圍的骨料就會松動,破壞原骨料的排列而產(chǎn)生滑移,骨料之間
便產(chǎn)生大的滑動摩擦,反應(yīng)到路面形成路面坑槽,隨之加劇路面進(jìn)一步破壞。
為了改善目前道路施工工藝造成的類似問題,英達(dá)公司結(jié)合自身多年來就地
熱再生施工方面的理論、經(jīng)驗(yàn)與優(yōu)勢,提出了瀝青路面面層之間的層間熱粘結(jié)技
術(shù),這項技術(shù)能夠完全克服和避免現(xiàn)有施工工藝所留下的缺陷。
研究結(jié)果表明,要實(shí)現(xiàn)瀝青路面層與層之間真正的完全連續(xù),除了保證上、
下層之間混合料能夠相互嵌擠成整體,同時還要滿足上、下層之間溫度差異盡量
小,施工時應(yīng)保證層與層之間盡可能小的溫度梯度,兩層混合料接觸部位必須壓
實(shí)充分,不留空穴。
(2)層間熱粘結(jié)施工工藝
鋪設(shè)路面上一層之前,通過加熱設(shè)備對下一面層進(jìn)行間歇式加熱烘烤,路面
軟化以后使用耙松設(shè)備對其進(jìn)行耙松約l-2cm深,然后按設(shè)計要求,在該熱路
面上直接攤鋪上一層新瀝青混合料,將下承層耙松部分與上一層新攤鋪瀝青混合
料一起壓實(shí)成型,保證上、下面層形成一個整體,真正做到層間完全連續(xù)。路面
理論模型及施工后實(shí)際層間粘結(jié)效果見圖7-10、7-llo采用層間熱粘結(jié)技術(shù)施工
的路面強(qiáng)度、耐久性、抗剪強(qiáng)度和抗推移的能力都將明顯高于傳統(tǒng)噴灑粘層油、
加鋪罩面施工工藝的路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)東南大學(xué)的檢測結(jié)果,采用層間熱粘結(jié)技術(shù),
路面的層間抗剪強(qiáng)度較傳統(tǒng)噴灑粘層油施工工藝提高2.4倍。具體檢測結(jié)果見附
件一。
新型層間熱粘結(jié)技術(shù)整體板塊效果
圖7-10熱粘結(jié)施工后路面形成一整體受力板塊
(a)傳統(tǒng)施工工藝芯樣(b)面層熱粘結(jié)施工工藝芯樣
圖7-11傳統(tǒng)施工工藝與熱粘結(jié)施工工藝的芯樣
采用就地?zé)嵩偕夹g(shù),由于再生層與原路面下承層材料的結(jié)合是熱粘結(jié),兩
者中的集料可以嵌擠成為一個整體,解決了層間弱界面問題。如果是在舊路面上,
經(jīng)噴灑粘層油后直接攤鋪新瀝青路面層,或者將舊瀝青路面冷銃刨后再重新加鋪
新瀝青混凝土路面層,其層間結(jié)合為冷結(jié)合,而且下承層表面也很難清理干凈,
勢必存在弱界面,弱界面的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)不如就地?zé)嵩偕臒嵴辰Y(jié)的施工界面,如
圖7-11所示。此外,采用就地?zé)嵩偕夹g(shù)施工時,縱向接縫均為熱粘結(jié),與傳
統(tǒng)銃刨攤鋪施工工藝的冷接縫完全不同,徹底避免了接縫處雨水下滲而造成層間
界面脫離所產(chǎn)生的病害。
2004年在滬寧高速麒麟入口、鎮(zhèn)江段的就地?zé)嵩偕┕ざ危@取芯樣后進(jìn)
行界面剪切強(qiáng)度試驗(yàn),所得結(jié)論為:
1)與傳統(tǒng)的噴灑粘層油后罩面相比,采用層間熱粘結(jié)技術(shù)的試驗(yàn)段,其芯
樣的完整率由44.4%提高到100%;
2)與傳統(tǒng)的噴灑粘層油后罩面相比,采用層間熱粘結(jié)技術(shù)的試驗(yàn)段,其芯
樣的界面抗剪強(qiáng)度由0.27MPa提高到0.64MPa;
就地?zé)嵩偕に囀┕ず笮緲优c傳統(tǒng)工藝施工后芯樣的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)與
抗剪強(qiáng)度曲線如圖7-12所示。施工界面抗剪強(qiáng)度的提高使路面的維修質(zhì)量提高,
從而延長了使用壽命。
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圖7-12就地?zé)嵩偕緲咏缑婵辜魪?qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
(3)與其他就地?zé)嵩偕O(shè)備的比較
瀝青路面就地?zé)嵩偕夹g(shù)的難點(diǎn)是如何對原路面需要再生的結(jié)構(gòu)層進(jìn)
行加熱,以保證合適的施工溫度和滲透深度。
合適的加熱溫度是就地?zé)嵩偕┕べ|(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵,如果溫度過低,路
面難以翻松,根本就無法進(jìn)行再生。如果溫度過高,路面混合料中的瀝青將
會因過熱而產(chǎn)生不同程度的老化,溫度太高還將會燒焦路面。所以,就地?zé)?/p>
再生施工中的加熱溫度問題一直困擾著諸多就地?zé)嵩偕O(shè)備制造廠商。
圖7-13采用旋轉(zhuǎn)切削熱銃刨工藝施工界面
圖7-14采用旋轉(zhuǎn)切削熱銃刨工藝施工界面
進(jìn)行就地?zé)嵩偕┕r,如果無法有效地將熱能充分滲透,那么原路面就難
以耙松,就只能采用旋轉(zhuǎn)切削銃刨工藝將原路面表層翻松,在銃刨的強(qiáng)制翻松過
程中勢必打碎一部分集料,尤其是粒徑較大的骨料,從而造成混合料級配的變化
和不可控,而且集料被打碎后的破碎斷面上沒有裹覆瀝青膜,這種被打碎的集料
工程中通常稱之為“花料”,如圖7-13、7-14所示,這將給瀝青路面的性能與使
用壽命會帶來不良影響。
由于施工過程中原路面材料中的部分骨料被打碎,被打碎骨料的數(shù)量為隨機(jī)
的未知數(shù),從而破壞了原路面混合料的級配,即使在熱再生時所添加的新瀝青混
合料的級配為已知,但最終結(jié)果仍為未知。這就是采用旋轉(zhuǎn)銃刨、切削裝置翻松
路面材料的就地?zé)嵩偕O(shè)備,施工后的原路面只能作為新路面層的下臥層,不能
直接作為路面的面層或者磨耗層使用,而必須要至少加鋪一層新的瀝青混合料的
原因。若在市政道路上采用這樣的設(shè)備與工藝施工,必然改變原路面的設(shè)計標(biāo)高,
從而需要對原道路的構(gòu)造物作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,這將會帶來更大的輔助工程量。特別
是在城市中心地帶,調(diào)整道路的構(gòu)造物是不能被業(yè)主所接受的。
英達(dá)熱再生有限公司科研技術(shù)人員經(jīng)過多年的刻苦鉆研,成功地開發(fā)出性能
卓越的“瀝青路面間歇式加熱”專利技術(shù),解決了這一棘手難題。目前,英達(dá)公
司的就地?zé)嵩偕O(shè)備是當(dāng)前世界上唯一不會打碎原路面集料的再生設(shè)備,如圖
7-15、7-16和7-17所示。它采用縱向多排、橫向多組液壓、氣動式疏松耙系統(tǒng),
利用該疏松耙將已經(jīng)充分加熱軟化的路面材料耙松。疏松耙的結(jié)構(gòu)及疏松原理如
圖7-15所示。由于不會打碎原路面材料中的骨料,不改變原路面材料的已知級
配,所以,原路面材料就可以100%的再生利用。
原路面材料中的骨料沒有被打碎。所以,原路面材料經(jīng)過熱再生后的級配沒
有被破壞,并為已知級配。就地?zé)嵩偕┕r所添加的新瀝青混合料也是已知級
配,從而就地?zé)嵩偕┕ず舐访娌牧系募壟淙詾橐阎K?,?jīng)過帶有平行疏松
耙翻松原路面材料的就地?zé)嵩偕O(shè)備、施工工藝施工后的瀝青路面,在不改變原
路面設(shè)計標(biāo)高的情況下,完全可以直接作為路面的面層或磨耗層使用。尤其是在
城市道路翻新施工工程中,更顯現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。
圖7-15英達(dá)就地?zé)嵩偕O(shè)備耙松原路面不會打碎集料
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圖7-16英達(dá)疏松耙疏松路面示意圖7-17英達(dá)集料器集料后的施工界面
7.1.6技術(shù)原則:石料再用、瀝青再生
近年來我國就地?zé)嵩偕夹g(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣,很多科研單位、學(xué)校
或者企業(yè)都已經(jīng)或開始對就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行研究,但是大多數(shù)的研究對象都以
瀝青再生為主,即從材料、方法等不同角度研究老化瀝青的再生,包括再生劑的
研發(fā)、再生劑用量的確定、瀝青再生前后的性能變化等。
從瀝青混合料的成分來看,瀝青所占比例一般在5%左右,剩下的95%為集
料,若在就地?zé)嵩偕难芯恐兄蛔⒅?%瀝青的再生而忽略95%集料的再用,將
無法實(shí)現(xiàn)原路面瀝青混合料的100%循環(huán)再用,因此在就地?zé)嵩偕芯亢蛯?shí)踐中,
不僅要重視瀝青的再生,還要注重石料的再用。
在就地?zé)嵩偕年P(guān)鍵技術(shù)中,間歇式加熱方式是保證施工溫度的關(guān)鍵,是采
用不打碎集料的翻松技術(shù)的前提,而只有施工過程不打碎集料才能保證施工后再
生瀝青混合料級配的可控,從而保證施工后瀝青混合料的性能滿足要求。除級配
的可控外,就地?zé)嵩偕膶娱g熱粘結(jié)技術(shù)保證施工后路面的層間抗剪強(qiáng)度,這又
從技術(shù)上保證了施工質(zhì)量。另施工中根據(jù)路面情況、試驗(yàn)分析、現(xiàn)場調(diào)查等,選
擇針對性的再生工藝類型和設(shè)備組合,保證按照對癥下藥的技術(shù)方案進(jìn)行施工。
只有做到以上幾點(diǎn),才能夠?qū)崿F(xiàn)原路面瀝青混合料的100%循環(huán)再用,實(shí)現(xiàn)“石
料再用、瀝青再生”,六大關(guān)鍵理念相輔相成,互相促進(jìn),圖7-18為就地?zé)嵩偕?/p>
六大關(guān)鍵理念關(guān)系。
第五章瀝青老化及再生機(jī)理
隨著運(yùn)營時間的增加,瀝青路面行駛性能不斷衰減,并出現(xiàn)不同程度的車轍、
坑槽、松散、裂縫等病害,這些除了與路面設(shè)計、施工等因素有關(guān)外,與瀝青路
面的老化也有一定關(guān)系。瀝青路面的老化是一個復(fù)雜的過程,促使路面老化的因
素包括車輛荷載、空氣、陽光、溫度循環(huán)作用等。從混合料的構(gòu)成而言,瀝青路
面老化主要包括瀝青膠結(jié)料的老化、集料磨損等,因此,瀝青路面的再生也就包
括瀝青的再生和集料再利用等主要部分,其中瀝青的再生對瀝青混合料來說更為
復(fù)雜。
瀝青是在自然界中經(jīng)過長期、綜合的作用過程并由現(xiàn)代工藝提煉加工而成,
其化學(xué)構(gòu)成和性能特點(diǎn)極為復(fù)雜。目前對瀝青自身成分和性能等的研究尚在不斷
完善的進(jìn)程中,那么對其老化和再生機(jī)理的認(rèn)識更是有待于進(jìn)一步探討。為更好
的進(jìn)行就地?zé)嵩偕夹g(shù)的研究,本章對瀝青老化過程和再生機(jī)理進(jìn)行了試驗(yàn)分
析,并就如何對舊瀝青進(jìn)行再生及舊瀝青混合料性能的改善做了大量試驗(yàn)研究。
5.1瀝青路面老化分析
瀝青路面暴露在大氣中,受到各種自然因素的作用,如氧、溫度、光照、水
等,使瀝青混合料產(chǎn)生許多復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。各種自然因素長期作用的結(jié)
果,使瀝青路面逐漸趨于老化。這種老化作用的突出表現(xiàn)是瀝青混合料中所含的
瀝青結(jié)合料黏度增大,瀝青面層呈脆硬狀,其可塑性和變形能力降低。瀝青路面
隨著使用年限的增加,瀝青黏度會大大提高,瀝青混合料變得又脆又硬,給瀝青
路面帶來了不利的影響,失去應(yīng)有的柔軟性和變形能力。這種瀝青混合料盡管強(qiáng)
度很高,但由于過分脆硬,在行車荷載的作用下,路面容易出現(xiàn)龜裂。曾有人從
使用10年以上的已出現(xiàn)嚴(yán)重龜裂的舊瀝青路面中取樣,重新加熱拌和,成型試
件,測得馬歇爾穩(wěn)定度高達(dá)16.51KN,但流值卻僅為13(O.lmm)o
5.1.1瀝青老化分析
瀝青的老化直接影響了路面的壽命和性能。在路面施工中瀝青始終處于高溫
狀態(tài),受熱會產(chǎn)生短期老化;路面使用期內(nèi)瀝青長期處在自然環(huán)境中,同時還要
受到汽車荷載等的作用而產(chǎn)生老化。
從瀝青的使用過程而言,瀝青的老化可分為三個階段:
(1)運(yùn)輸、儲存、加熱過程中的老化
瀝青自從煉油廠煉制出來后,一直裝在保溫的瀝青罐內(nèi),經(jīng)歷熱態(tài)儲存、熱
態(tài)運(yùn)輸、儲油罐內(nèi)預(yù)熱、配油罐內(nèi)調(diào)配等過程,由于受熱使瀝青中的輕質(zhì)油分不
斷揮發(fā),瀝青變硬、變脆、黏結(jié)性降低。若與空氣接觸,還會使瀝青發(fā)生氧化反
應(yīng),促使其針入度下降、延度減小、軟化點(diǎn)升高。
(2)瀝青加熱拌和及鋪筑過程中的老化
集料和填料混合攪拌時被瀝青膜所裹覆,其薄膜厚度一般在5~15gmo瀝
青在拌合機(jī)內(nèi)與熱礦料混合,其溫度高達(dá)160C?180℃,瀝青一方面突然經(jīng)受
高溫,一方面又接觸熱空氣,加速了瀝青組分揮發(fā)和瀝青氧化,瀝青在此階段的
老化是最嚴(yán)重的。表5-1是拌合前后瀝青性質(zhì)變化的實(shí)測值,針入度下降幅度超
過了35%o
針入度60C粘度(Pa
瀝青標(biāo)號指標(biāo)軟化點(diǎn)(C)
(0.1mm)(()
瀝青罐內(nèi)10842.4100
110號
拌和后回收6848.5244
瀝青罐內(nèi)8747.0180
90號
拌和后回收5651.5348
(3)瀝青路面使用過程中的老化
瀝青路面使用過程中的老化屬于長期老化,即瀝青路面在長期運(yùn)營過程中,
直接承受光、紫外線、空氣、水等多種因素的作用而發(fā)生的老化。
影響瀝青老化的因素:
(1)溫度
當(dāng)瀝青混合料溫度在60~130℃范圍之間,瀝青在無氧的情況下,不會發(fā)生
自身組分上的任何化學(xué)變化,僅僅是一些輕質(zhì)物質(zhì)的揮發(fā)。而在溫度高于150℃
時,瀝青即使在無氧的情況下也將發(fā)生化學(xué)變化,引起自身組分的改變。
(2)水分
在雨水的作用下,瀝青中的可溶性物質(zhì)被水溶解,會造成瀝青的老化變質(zhì)。
水的pH值對瀝青中瀝青質(zhì)、酸性組分的油~水界面張力影響很大,瀝青質(zhì)有降
低瀝青~水界面張力的能力,且其含有的許多極性基團(tuán),如一OH、一NH2和一
COOH,在界面上富集形成較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)膜。瀝青質(zhì)相對復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)及自締合
傾向使瀝青~水界面結(jié)構(gòu)膜隨時間的延長而產(chǎn)生明顯的硬化現(xiàn)象,使瀝青變質(zhì)。
(3)壓力
從瀝青的老化過程來看,必須先有氧氣溶解到瀝青當(dāng)中,然后才能發(fā)生氧化
反應(yīng)。壓力在增加氧氣溶解到瀝青中的數(shù)量和速度方面和溫度有著相似的作用,
但是就瀝青與氧氣的化學(xué)反應(yīng)來看,壓力較之于溫度就沒有那么明顯的影響。
(4)氧氣
氧氣對于瀝青的老化起到至關(guān)重要的作用,沒有氧氣,在路用環(huán)境條件下,
是不可能發(fā)生瀝青自身的化學(xué)性質(zhì)改變的。在實(shí)際路用環(huán)境下,空氣中的含氧量
與海拔有著密切關(guān)系,而海拔又與氣壓有關(guān)系。通常,海拔越高,氣壓越低,含
氧量越低,但同時平均氣溫也越低。氣壓低,含氧量低,對瀝青的耐老化性有正
面意義;但是溫度偏低,就會對瀝青老化產(chǎn)生較強(qiáng)的敏感性,所以高原地區(qū)瀝青
路面的老化性能,以及對路用性能的影響都與平原地區(qū)的有所不同。含氧量的增
加,使氧氣的濃度增加,瀝青與氧氣的接觸大大提高,在相同條件下,氧氣含量
大時,瀝青混合料的老化較為嚴(yán)重。
(5)光照
瀝青路面在服務(wù)期限內(nèi),暴露在空氣當(dāng)中,受到光照的影響。對瀝青路面老
化起主要作用的光線是紅外線和紫外線,當(dāng)然其他光線也會帶來熱量,被瀝青路
面吸收,增加瀝青路面的溫度。紅外線對于瀝青混合料的影響,是因?yàn)闉r青可以
吸收紅外線中所攜帶的熱量,從而增加瀝青路面的溫度,這將加劇瀝青混合料的
老化。
紫外線對于瀝青混合料老化的影響,是因?yàn)樽贤饩€可以引起瀝青內(nèi)部組分發(fā)
生化學(xué)變化,使瀝青變硬,影響瀝青混合料的路用性能。特別是我國高原地區(qū),
紫外線照射比較強(qiáng)烈,而且光照時間比較長,又地處高原寒區(qū),因此對瀝青路面
的老化所引起的路用系能比較敏感。但是有研究表明,光照對于瀝青混合料或是
瀝青老化的影響只是在表面層,距層表面0.1mm范圍之內(nèi)。
5.1.2瀝青老化機(jī)理
在瀝青老化機(jī)理的研究中,應(yīng)從不同的角度去認(rèn)識瀝青并描述瀝青的老化過
程,大致包括以下幾個方面:
?瀝青組分構(gòu)成:
?瀝青相容性理論:
?橡膠理論。
1、組分變化分析
(1)瀝青的組分及其作用
瀝青是由多種化合物組成的混合物,成分復(fù)雜,從化學(xué)元素構(gòu)成來看,主要
是碳?xì)洌–H)化合物。另外含有少量的硫(S)、氮(N)以及一些金屬元素,
其中C/H比例很大程度上反映了瀝青的化合物組成。由于瀝青成分的復(fù)雜性,
目前還不能準(zhǔn)確地研究瀝青的各元素在瀝青性能中的作用,而且這種研究也沒有
必要。為便于分析,人們利用瀝青對不同溶劑的溶和性,按照化學(xué)成分和物理性
質(zhì)相近的原則將瀝青分離成幾個部分,稱為瀝青的組分。
瀝青的成分分析方法有許多種,早期的組分劃分如表5-2所列。在我國,廣
泛使用四組分法,也稱SARA分析方法。這四組分是飽和分(S)、芳香分(Ar)、
膠質(zhì)(R)、瀝青質(zhì)(A。。
表5-2常用的瀝青組分分析方法及其組分
分析方法組分
馬爾庫松一埃克曼二組分法軟瀝青質(zhì)、瀝青質(zhì)
哈巴德-斯坦菲爾德三組分法油分、樹脂、瀝青質(zhì)
殼牌石油公司四組分法飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)
科爾貝特四組分法飽和分、環(huán)烷-芳香分、極性芳香分、瀝青質(zhì)
羅斯特勒-斯特恩伯格五組分法鏈烷分、第二酸性分、第一酸性分、氮基、瀝青質(zhì)
我國習(xí)慣于四組分分析方法,它又稱為科爾貝特法(Corbett),由于瀝青的
四組分即飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)通常以S、Ar、R、At表示,所以四組
分分析又稱為SARA分析。
表5-3石油瀝青四組分分析法的各組分性狀
性狀相對密度平均環(huán)數(shù)/分子
外觀芳煌
分子環(huán)烷芳杏化學(xué)結(jié)構(gòu)
特征P指數(shù)
組分(平均)量環(huán)環(huán)
無色[純鏈烷煌]+[純環(huán)
飽和分0.896250.003.00.0
液體烷]+1混合鏈烷-環(huán)烷燃]
黃色至[混和烷燒一環(huán)烷一芳香
芳香分紅色液0.997300.253.52.0煌]+[芳香燃]+[含S化合
體物]
[(鏈烷一環(huán)烷一芳香煌]
棕色粘
膠質(zhì)1.099700.423.67.4多環(huán)結(jié)構(gòu)]+[含S,O,N
稠液體
化合物]
深棕色[(鏈烷一環(huán)烷一芳香煌]
瀝青質(zhì)至黑色1.1534000.50————縮合環(huán)結(jié)構(gòu)]+[含S,0,
固態(tài)N化合物]
四組分的主要性質(zhì)和在瀝青中的作用如下:
瀝青質(zhì):分子量很高的固態(tài)超細(xì)微粒,強(qiáng)極性,是瀝青膠體結(jié)構(gòu)中的分散相。
瀝青質(zhì)的存在可改善瀝青的高溫性能,提高瀝青的粘度,在有飽和分存在的條件
下可以使得瀝青獲得較低的感溫性,但瀝青質(zhì)含量過多,會使瀝青的延度大大減
少,易于脆裂。
膠質(zhì):分子量大小僅次于瀝青質(zhì)、極性較強(qiáng)的半固態(tài)物質(zhì),通常是若干個瀝
青質(zhì)聚集在一起,吸附極性半固態(tài)的膠質(zhì),而形成“膠團(tuán)”。膠質(zhì)也可以提高瀝青
的粘度,同時也是軟化組分,其本身具有良好的塑性和粘附性,是瀝青中必不可
少的組分,它能使瀝青質(zhì)穩(wěn)定地膠溶于體系中,膠質(zhì)含量的增加可以提高瀝青的
延伸性,但經(jīng)過老化過程后,極易轉(zhuǎn)變?yōu)檎扯雀?,延展性差的瀝青質(zhì)組分。
芳香分:分子量和極性都小于膠質(zhì)的液體,它的存在提高了瀝青中分散介質(zhì)
的芳香度,使瀝青膠體結(jié)構(gòu)體系易于穩(wěn)定。一般說來,芳香分是對道路瀝青中延
度指標(biāo)貢獻(xiàn)最大的組分。
飽和分:分子量最小,幾乎沒有極性。瀝青中飽和分的含量不能過多,飽和
分過多,將使瀝青中分散介質(zhì)的芳香度過低,不能形成穩(wěn)定的膠體分散體系。特
別是其中飽和燒(鏈烷煌+環(huán)烷燒)尤其是鏈烷妙的含量過高,對瀝青的延伸性
及溫度敏感性都有負(fù)面的影響。
(2)瀝青老化過程中的組分變化
瀝青在使用中由于空氣、溫度和陽光的作用會老化變質(zhì),究其原因主要是由
于化學(xué)組分發(fā)生變化而使其膠體性質(zhì)變差所致。表5-4為孤島原油瀝青經(jīng)薄膜烘
箱老化試驗(yàn)前后組分和性質(zhì)的變化,表5-5為美國某瀝青在道路上使用18年以
后組分和性質(zhì)的變化。這兩個表中數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律是很一致的,就是瀝青老化
后針入度降低、軟化點(diǎn)增高、延度減小。化學(xué)組分的主要變化是芳香分縮合成膠
質(zhì)和膠質(zhì)縮合成瀝青質(zhì),使體系中瀝青質(zhì)的含量增多。這樣,由于分散相的增多
和分散介質(zhì)膠溶能力的減弱,導(dǎo)致瀝青的膠體穩(wěn)定性下降,使用性能變差。
表5-4孤島原油瀝青薄膜烘箱試驗(yàn)前后性能及組分變化
孤島瀝青
項目
TFOT試驗(yàn)前TFOT試驗(yàn)后
針入度(25℃,l/10mm)9249
軟化點(diǎn)(℃)46.652
延度(15℃,cm)829
飽和分11.611.8
芳香分30.728.7
組成,wt%
膠質(zhì)37.830.9
瀝青質(zhì)19.526.0
表5-5美國某瀝青在道路上使用18年后性能及組分變化
項目原樣瀝青18年后試樣
針入度(25℃,l/10mm)6524
粘度(60℃,Pa-S)3151840
飽和分9.310.3
芳香分34.324.6
組成,wt%
膠質(zhì)40.540.8
瀝青質(zhì)15.523.7
我國在“七五”計劃期間修筑了許多試驗(yàn)路,對這些路面的使用狀況進(jìn)行了
許多年的跟蹤觀測并在現(xiàn)場取樣分析。表5-6為沈大高速公路所使用遼河稠油瀝
青,并經(jīng)10年的跟蹤觀測,表5-7為江蘇六一揚(yáng)公路跟蹤取樣分析結(jié)果。根據(jù)
兩個表中的觀測結(jié)果,瀝青在性質(zhì)和組分的變化規(guī)律與表5-4、表5-5的規(guī)律是
相同的。
表5-6遼河稠油瀝青的回收瀝青的某些性質(zhì)
鋪路10年后
項目原始瀝青鋪路2年后鋪路8年后
堅實(shí)路面斷裂路面
針入度(25℃,12882655540
軟化點(diǎn)(℃)40.54648.554.457.5
15℃>140852316.28.3
延度(cm)
25℃>140140719769
密度(25℃,g/cnP)1.0451.01621.03341.0281.011
飽和分24.6223.0024.2423.6421.47
四組分芳香分34.2728.4121.4323.7922.43
(%)膠質(zhì)37.8939.8038.7335.5842.77
瀝青質(zhì)3.228.9915.6013.9914.33
表5-7江蘇六一揚(yáng)公路原始瀝青及回收瀝青性質(zhì)
針入度延度/cm四組分分析%
軟化點(diǎn)
項目25℃,
(℃)15℃25℃飽和分芳香分膠質(zhì)瀝青質(zhì)
l/10mm
原始瀝青47.586>120>15018.630.247.53.7
7年后5353557016.825.146.012.1
10年后673081916.021.248.114.7
綜合以上瀝青老化前后組分變化情況,老化中瀝青各組分比例變化情況不盡
相同,瀝青組分與分子結(jié)構(gòu)如圖5-1所示,瀝青老化前后組分變化見圖5-2所示。
整體變化規(guī)律如下:
?飽和分:小幅度增加或減少;
?芳香分:大幅度減少;
?膠質(zhì):小幅度減少或增加;
?瀝青質(zhì):大幅度增加。
圖5-1瀝青的組分與分子結(jié)構(gòu)
圖5-2瀝青老化前后組分變化示意圖
除孤島原油薄膜烘箱老化與其它幾種不同外,大多瀝青老化過程中組分變化
都是以芳香分和瀝青質(zhì)的變化最為顯著,這為瀝青再生提供了很好的參考,即從
組分構(gòu)成角度考慮,應(yīng)盡量以恢復(fù)芳香分和瀝青質(zhì)的構(gòu)成協(xié)調(diào)為主。以下對幾種
組分的轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析:
(1)飽和分變化不大。瀝青老化時,飽和分變化主要包括兩個方向,一方
面其受熱發(fā)生斷鏈反應(yīng),生成更輕的成分,受熱揮發(fā)而質(zhì)量減少;另一方面,瀝
青受熱過程中,瀝青質(zhì)發(fā)生開環(huán)、斷鏈反應(yīng),向飽和分及芳香分等輕質(zhì)組分轉(zhuǎn)化,
引起輕質(zhì)組分的增加??梢?,在老化過程中,這兩個方面的變化對飽和分含量而
言速率相同,故飽和分含量變化不明顯。
(2)芳香分含量顯著減少。原因在于芳香分受熱發(fā)生縮和反應(yīng),向重質(zhì)組
分轉(zhuǎn)化,從而含量減少。
(3)膠質(zhì)含量變化不大。瀝青老化過程中,一方面芳香分縮合向膠質(zhì)轉(zhuǎn)化,
另一方面,膠質(zhì)向?yàn)r青質(zhì)縮合轉(zhuǎn)化,二者速率決定了膠質(zhì)含量的增減??梢姡?/p>
驗(yàn)過程中,前者變化速率要大于后者,所以膠質(zhì)含量增加。
(4)瀝青質(zhì)含量明顯增加。主要原因在于老化時膠質(zhì)的縮合反應(yīng)。由于不
同組分在瀝青中分別起到不同的作用,組分之間保持合適比例對瀝青性能十分重
要。由于老化的作用,瀝青中組分間發(fā)生轉(zhuǎn)化,比例調(diào)整,到達(dá)一定程度后表現(xiàn)
為外在性能的變化。
2、相容性變化
(1)瀝青的相容性和溶解度參數(shù)
一種瀝青能否形成穩(wěn)定的溶液,不決定于溶質(zhì)顆粒的大小,而決定于溶質(zhì)(瀝
青質(zhì))在溶劑(軟瀝青質(zhì))中的溶解度和溶劑對溶質(zhì)的溶解能力,這就是所謂相容性
理論。希爾布蘭德曾提出“溶解度參數(shù)”理論,即認(rèn)為在一種溶液中,溶質(zhì)的溶
解度參數(shù)與溶劑的溶解度參數(shù)的差值小于某一定值時,即能形成穩(wěn)定的溶液。對
此可用下式表示:
A5=<5tr-^f<K(式5.1)
式中:A5_瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)差值,
%—瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù),
&—軟瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù),(sf/E5)"]
K-要求的溶解度參數(shù)差值的限值,
根據(jù)有關(guān)研究,國產(chǎn)瀝青的瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)的差值
(人B的限值為0.76。當(dāng)A^<0.76時,可得到較好的相容性。表5-8列出幾種國
產(chǎn)瀝青的瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù)及其差值。從表中可以看出瀝青溶解度
參數(shù)差值與其相容性有密切的關(guān)系。溶解度參數(shù)小于0.76的瀝青均表現(xiàn)為較好
的相容性;反之,則相容性較差。
表5-8幾種瀝青的溶解度參數(shù)與相容性
溶解度參數(shù)分析
瀝青名稱瀝青組分相容性評價
溶解度參數(shù)溶解度參數(shù)差值
8A5
(COT/E5嚴(yán)(caf/cm5)V2
軟瀝青質(zhì)(M)8.0700
舊瀝青混合料
1.4528差
回收瀝青瀝青質(zhì)(為)9.5288
軟瀝青質(zhì)(M)8.3877
大慶氧化瀝青1.0373較差
瀝青質(zhì)(4)9.4250
軟瀝青質(zhì)(M)8.8065
勝利渣汕0.7409較好
瀝青質(zhì)(4)9.5474
軟瀝青質(zhì)(M)8.7586
勝利半氧化
0.7298較好
瀝青瀝青質(zhì)(為)9.4884
軟瀝青質(zhì)(M)8.7586
阿爾巴尼亞
0.4201好
60號瀝青瀝青質(zhì)(4)9.1607
(2)老化瀝青的相容性
瀝青是一種極其復(fù)雜的高分子濃溶液,它是由數(shù)千種乃至近萬種化合物組成
的混合物,要將其分離成純單體,目前在技術(shù)上存在困難,同時在工程應(yīng)用上,
也沒有這樣的必要。為了工程應(yīng)用方便,假設(shè)瀝青是由瀝青質(zhì)為溶質(zhì)溶于軟瀝青
質(zhì)為溶劑的濃溶液。優(yōu)良的瀝青其瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)應(yīng)有很好的相容性,也就是
瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù)很接近(或溶解度參數(shù)差值很?。?,它們形成穩(wěn)定
的濃溶液。隨著瀝青的老化,瀝青及其組分中各種化合物產(chǎn)生脫氫、聚合和氧化
等化學(xué)變化,由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化,使其溶解度參數(shù)亦隨之變化。通常瀝青質(zhì)的
溶解度參數(shù)%的提高較軟瀝青質(zhì)的溶解度參數(shù)與為快,所以老化后瀝青的瀝
青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)差值增大,破壞了瀝青中瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)的相
容性,因而引起瀝青路用性能的衰減。瀝青各組分老化前后溶解度參數(shù)變化如表
5-9o
表5-9瀝青各組分老化前后溶解度參數(shù)的變化
瀝青組分名稱瀝青狀態(tài)溶解度參數(shù)
與瀝青質(zhì)溶解度
溶解度參數(shù)溶解度參數(shù)變化
參數(shù)的差值
3(orf/cm5)V2
A5(orf/cm5)V2
老化前8.34641.4558
飽和分(S)
老化后8.62521.98720.2788
老化前9.04530.7567
芳香分(4)
老化后8.99041.62200.0549
老化前9.53130.2702
膠質(zhì)(太)
老化后9.66660.94580.1333
老化前9.8020
瀝青質(zhì)(4)
老化后10.61240.8104
從組分變化及相容性變化理解,瀝青老化過程中,各組分構(gòu)成比例的變化,
引起瀝青中瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)的變化,導(dǎo)致瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)溶解度
參數(shù)差值增大,因而相容性降低,最終表現(xiàn)為瀝青路用性能衰減。
3、橡膠理論
有的學(xué)者認(rèn)為,瀝青是兩性瀝青質(zhì)型網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)中含一
種油相。瀝青最為重要的化學(xué)性質(zhì)是由構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子的極性及油相的分子大
小分布狀態(tài)所決定的。由于瀝青的這種結(jié)構(gòu)與橡膠十分相似(橡膠也是一種網(wǎng)狀
聚合物,在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中含有增量油),所以有人將此理論稱為“橡膠理論”。
(1)瀝青的橡膠結(jié)構(gòu)
美國于1987年建立的一項為期5年、耗資1.5億美元的研究計劃——美國
公路戰(zhàn)略研究計劃(SHRP),通過大批科研工作者歷時5年的工作,在科研過程
中開發(fā)出體積排出色譜(SEC)和離子交換色譜(IEC),采用體積排出色譜或離子交
換色譜將石油瀝青分離成相對分子質(zhì)量大小不同的儲分或?qū)⑹蜑r青分離成酸
性分(強(qiáng)酸、弱酸)、堿性分(強(qiáng)堿、弱堿)、中性分和兩性分,試圖考察酸性分、
堿性分、中性分和兩性分與瀝青路用性能的關(guān)系。
SHRP研究結(jié)果顯示:兩性分含有瀝青中最極性和芳香性的分子,這些分子
的相對分子質(zhì)量很大;兩性分是提高瀝青粘度的主要組分。
科研人員做了如下工作:在AAD-1、AAG-1、AAK-1和AAM-1四種瀝青
中分別加入等量的兩性分、堿性分、酸性分和中性分,以混合物60℃粘度為考
核指標(biāo),分別考察各個組分對粘度的影響,表5-10為四種核心瀝青與其IEC分
離的兩性分、堿性分、酸性分和中性分的混合物在60℃和l.Orad/s時的粘度,并
且考察了瀝青在缺少兩性分存在時的性質(zhì)。表5-11列出了四種瀝青的中性分加
酸性分、堿性分混合物在三個溫度下的粘度與其母體瀝青在LOrad/s時的粘度比
較。
表5-10四種核心瀝青與其IEC分離的不同成分在60℃和1.0rad/s時的粘度
粘度(Pa?S)
樣品名稱
瀝青瀝青+兩性分瀝青+堿性分瀝青+酸性分瀝青+中性分
AAD-1131246232717437
AAG-12401740346285132
AAK-1413683665651711()
AAM-12584032399292140
表5-H四種瀝青的中性分加酸性分、堿性分混合物在三個溫度下的粘度
與其母體瀝青在l.Orad/s時的粘度比較
樣品瀝青粘度(Pa-S)混合物粘度(Pa?S)
名稱25℃45℃60℃瀝青25℃25℃45℃60℃混合物25℃
AAD-1405701083130.82.60126454.310.117.09
AAG-13540003202239.98.9141260559.357.697.85
AAK-1810504203412.72.477272220.935.414.01
AAM-11615502769258.02.3118450318.751.412.48
由表5-10可以看出,兩性分的加入大大提高了瀝青的粘度。堿性分對提高
瀝青的粘度有較大的作用,酸性分在一定程度上也能提高瀝青的粘度,而中性分
的加入則導(dǎo)致了混合物的粘度較母體瀝青的粘度有所降低。
由表5-11可以看出,混合物粘度大大低于母體瀝青的粘度;與母體瀝青相
比,混合物具有較高的,從而說明混合物具有較低的彈性模量。結(jié)果再次證明了
兩性分是提高瀝青粘度的主要組分。
(2)瀝青的老化機(jī)理
通過上面的分析得出,大分子組分的含量對瀝青的性質(zhì)有較大的影響。例如
瀝青B為優(yōu)質(zhì)瀝青,含有適量的大分子或網(wǎng)狀組分。瀝青A含有過多的網(wǎng)狀分
子而油分不足,會開裂。瀝青C含網(wǎng)狀分子少而油分多,會剝落。瀝青老化是
當(dāng)油相(一般為芳香族分)氧化成瀝青質(zhì)時使瀝青B變成瀝青A。油相成分、網(wǎng)狀
結(jié)構(gòu)與極性相互作用這些化學(xué)性質(zhì)尚難以計測,也未被充分了解。因此,流變學(xué)
這一粘彈性的計量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展成為一種便利的物理性質(zhì)計量法,它把瀝青性能同化
學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來。
那么,瀝青在老化過程中流變性質(zhì)是如何變化的呢?表5-12中列出了國內(nèi)
幾種瀝青的原樣瀝青和RTFOT殘留瀝青的動態(tài)剪切試驗(yàn)結(jié)果。
表5-12國內(nèi)幾種瀝青的原樣瀝青和RTFOT殘留瀝青的動態(tài)剪切試驗(yàn)結(jié)果
原,樣瀝青RTFOT殘留瀝青
瀝青品種溫度GTC08溫度GTG#金3
℃℃
PaPaPaPa
5269626.343705052118504.13212200
5832218.41732405855215.1335620
克拉瑪依
64157811.5315806426936.5812720
70815.8
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