溫度對(duì)瀝青針入度指標(biāo)影響
點(diǎn)擊次數(shù)：695 更新時(shí)間：2018-08-26
溫度對(duì)瀝青針入度指標(biāo)影響
針入度指標(biāo)是評(píng)價(jià)瀝青性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，在瀝青路面施工過(guò)程中，瀝青要經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、拌和成瀝青混合料等各施工環(huán)節(jié)，不可避免的要進(jìn)行加熱。瀝青在加熱過(guò)程中必然伴隨著老化的發(fā)生，使瀝青的性質(zhì)逐漸降低。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方法尋求瀝青熱老化的規(guī)律，對(duì)科學(xué)指導(dǎo)施工具有重大意義。
石油瀝青是用石油經(jīng)各種煉制工藝和加工而得到的產(chǎn)品。石油瀝青在常溫下是黑色或黑褐色的粘稠液體、半固體或固體。粘結(jié)性和防水性是瀝青被廣泛用作道路材料的主要原因。道路瀝青是一種典型的溫度敏感性材料，其稠度、勁度以及粘度性質(zhì)隨溫度變化的而變化。關(guān)于瀝青感溫性能評(píng)價(jià)方法的研究，世界各國(guó)科研工作者已經(jīng)作了大量的工作，并提出了許多表示瀝青感溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如針入度指數(shù)指標(biāo)、瀝青針入度-粘度指數(shù)指標(biāo)、粘溫指數(shù)指標(biāo)和等級(jí)指數(shù)指標(biāo)，但是這些方法主要以針入度、軟化點(diǎn)等經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)為基礎(chǔ)。
在熱、氧、光輻射、雨水等的作用下，瀝青的性質(zhì)會(huì)發(fā)生質(zhì)量衰減，把這種瀝青的質(zhì)量發(fā)生的不可逆的變化叫做瀝青的老化。在老化過(guò)程中，瀝青的輕組分在逐漸減少，重組分在增加，導(dǎo)致瀝青稠度增加，針入度下降，其膠體結(jié)構(gòu)也在變差。老化后瀝青的粘性、柔性等性質(zhì)會(huì)出現(xiàn)劣化，導(dǎo)致瀝青混合料耐久性、水穩(wěn)定性和低溫抗裂性逐漸降低。
1 瀝青老化的原因
引起瀝青老化的原因很多，1963年Traxler曾列出了瀝青老化的15條原因。根據(jù)Vallerga和Finn等人的長(zhǎng)期研究，瀝青在瀝青混合料拌和、攤鋪、壓實(shí)及使用過(guò)程中的老化被認(rèn)為主要與以下原因有關(guān)：
1) 氧化
氧化是瀝青與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)速度取決于瀝青的化學(xué)組成特性與受熱溫度，溫度越高，發(fā)生氧化反應(yīng)的可能性和程度越大，反應(yīng)結(jié)果使瀝青中的輕組分向重組分轉(zhuǎn)化;
2) 揮發(fā)
揮發(fā)是瀝青中的輕質(zhì)組分在高溫情況下從瀝青中蒸發(fā)出來(lái)，瀝青的組分構(gòu)成和膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)果使瀝青中輕組分減少，重組分雖然數(shù)量并沒(méi)有減少，但比例卻在升高，揮發(fā)現(xiàn)象多出現(xiàn)在施工階段;
3) 聚合
聚合為同類分子組合形成較大分子，引起不斷老化，結(jié)果使輕組分減少，重組分增加;
4) 觸變性
觸變性是由于在一定時(shí)間后瀝青膠結(jié)料內(nèi)形成結(jié)構(gòu)而發(fā)上的硬化，一般發(fā)生在路面使用過(guò)程中;
5) 瀝青組分離析
由于某些多孔性集料會(huì)選擇性地吸收瀝青中的某些成分，使瀝青的油分、樹(shù)脂或?yàn)r青質(zhì)的組分遷移。
影響瀝青老化的因素有：大氣、日照、溫度、雨雪、環(huán)境以及交通等因素。瀝青路面施工過(guò)程中的瀝青老化主要是熱老化。熱能加速瀝青分子的運(yùn)動(dòng)，除了引起瀝青的蒸發(fā)外，并能促進(jìn)瀝青化學(xué)反應(yīng)的加速，終導(dǎo)致瀝青技術(shù)性能降低。尤其在施工加熱時(shí)，由于有空氣中的氧參與共同作用，可使瀝青性質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重惡化。
2 針入度試驗(yàn)
2.1 瀝青單質(zhì)試驗(yàn)
在進(jìn)行關(guān)于瀝青紙入度指標(biāo)的老化試驗(yàn)之前，首先取大連西太平洋公司生產(chǎn)的90號(hào)瀝青根據(jù)《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052-2000)中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青單質(zhì)材料試驗(yàn)，此試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為瀝青性質(zhì)的分析和老化評(píng)價(jià)的基本指標(biāo)，瀝青性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.1。
2.2 瀝青熱老化試驗(yàn)
為了驗(yàn)證瀝青在一定溫度下的老化特性，試驗(yàn)采用大連西太平洋公司生產(chǎn)的90號(hào)瀝青盛放在敞口的容器中，分別在130℃和170℃的烘箱中進(jìn)行加熱保存，并在不同時(shí)間取出經(jīng)加熱的部分試樣進(jìn)行瀝青老化后針入度指標(biāo)試驗(yàn)，驗(yàn)證瀝青在高溫情況下的老化情況，并建立老化溫度、時(shí)間和老化程度的相關(guān)關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖1。
為得到瀝青在一定溫度下儲(chǔ)存過(guò)程中，針入度指標(biāo)隨加熱時(shí)間的變化趨勢(shì)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并繪制其相關(guān)關(guān)系圖，得到儲(chǔ)存時(shí)間和針入度之間的關(guān)系。
式中：P130—在130℃加熱條件下的針入度，0.1mm;
P170—在170℃加熱條件下的針入度，0.1mm;
—在相應(yīng)溫度條件下儲(chǔ)存的時(shí)間，h。
2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
基質(zhì)瀝青針入度為93時(shí)，在130℃溫度條件下經(jīng)過(guò)68h，針入度降到59，此時(shí)針入度比為63.4%，在170℃溫度條件下經(jīng)過(guò)68h，針入度降到32，此時(shí)針入度比為34.4%，根據(jù)上述公式，130℃溫度條件下經(jīng)過(guò)33h，針入度可下降到53，此時(shí)針入度比降到《規(guī)范》要求的A等級(jí)瀝青的57%;在130℃溫度條件下，在試驗(yàn)歷時(shí)范圍內(nèi)，針入度仍未下降到53，若針入度降到53，根據(jù)針入度下降的趨勢(shì)還需幾十個(gè)小時(shí)，證明在低于130℃溫度條件下，90號(hào)瀝青可適當(dāng)延長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間。
1) AH-90瀝青在高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存時(shí)，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，瀝青老化越來(lái)越嚴(yán)重，開(kāi)始階段老化較快，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，老化趨于緩慢。
2) AH-90瀝青在高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存時(shí)，隨著儲(chǔ)存溫度的升高，瀝青老化越來(lái)越嚴(yán)重。
3) AH-90瀝青在130℃高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存時(shí)，針入度在儲(chǔ)存11h時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，老化趨于緩慢。
4) AH-90瀝青在130℃高溫狀態(tài)儲(chǔ)存時(shí)，可儲(chǔ)存較長(zhǎng)時(shí)間瀝青仍可使用。
5) AH-90瀝青在170℃高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存時(shí)，針入度在儲(chǔ)存10h時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，老化趨于緩慢。
6) AH-90瀝青在170℃高溫狀態(tài)下儲(chǔ)存時(shí)，不應(yīng)過(guò)15h。
3 結(jié)論
瀝青老化的原因主要有三條：瀝青中輕組分(油分)的揮發(fā);與空氣中的氧反應(yīng)，使瀝青的組分發(fā)生變化;瀝青分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生觸變?yōu)榻M導(dǎo)致瀝青硬化。雖然施工過(guò)程中瀝青一般在較密閉的容器中高溫儲(chǔ)存，與氧氣接觸有限，但是瀝青中輕組分的揮發(fā)和瀝青分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生觸變導(dǎo)致瀝青硬化仍不可避免，因此應(yīng)盡量縮短高溫儲(chǔ)存時(shí)間并減少重復(fù)加熱的次數(shù)。瀝青的高溫儲(chǔ)存溫度宜不過(guò)150℃，時(shí)間宜不過(guò)15h。
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