不同紫外光照時長對瀝青膠漿流變性能的影響
導讀:過針入度試驗、低溫延度試驗、動態剪切流變試驗和低溫彎曲試驗檢測瀝青與瀝青膠漿老化前后的性能指標,分析不同紫外光照時長對瀝青膠漿流變性能的影響。
來源:未知
發布日期:2019-10-22 11:46【大 中 小】
瀝青在自然條件和交通荷載作用下會發生老 化,導致瀝青路面出現裂縫、坑槽等病害。根據膠漿 理論,瀝青與集料、礦物填料通過物理化學吸附作用 形成相對穩定的空間網狀結構的分散體系。針對瀝 青膠漿老化前后的路用性 能,RecasensR.M.等 認 為填料的添加對瀝青混合料的抗老化性能有著不可 忽視的作用;王秉綱等分析礦粉對瀝青老化性能的 影響,認為瀝青膠漿在熱氧條件下粉膠比含量不應 超過1.5;譚憶秋從填料與瀝青相互作用的角度,通 過動態剪切流變儀(DSR)與彎曲流變儀(BBR)試驗 得出基 質 瀝 青 最 佳 粉 膠 比 為0.9~1.4。實 際 工 程 中,尤其是在中國西部紫外光光照時長較長、紫外輻 射強度較大的地區,紫外光照是導致道路瀝青老化 的主要因素。瀝青材料在紫外光輻射下發生老化導 致材料性能發生衰變,在交通荷載等作用下瀝青路 面發生病害。為滿足中國西部地區實際工程需要, 同時更深入地了解瀝青膠漿紫外老化變化情況,該 文開展不同紫外光照時長對瀝青膠漿流變性能的影 響研究。
1 材料制備及性能檢測
1.1 瀝青膠漿制備
基質瀝青采用中國石化生產的東海牌70# 道路 石油瀝青,其主要技術指標。瀝 青 膠 漿 是 瀝 青和填料組成的均勻二元體系,決定瀝青混合料的 路用性能及耐久性。將基質瀝青與礦粉(其主要技術指標見 )混 合 制 備 瀝 青 膠 漿,粉 膠 比 為 1.0。 制備膠漿樣品前,先將基質瀝青在150 ℃烘箱中預 熱30min確保瀝青具有一定的流動性,礦粉在150 ℃烘箱中烘干確保填料達到混合溫度;高速剪切儀 預熱5min后倒入填料與瀝青進行攪拌,攪拌速度 為1500r/min,攪拌時長為1h。為保障瀝青與填 料攪拌均勻,攪拌中每隔10min調節葉片高度。
1.2 瀝青膠漿樣品老化
根據 ASTM D1754(ASTM2014),通過旋轉薄 膜烘箱將瀝青膠漿樣品在163 ℃下保持5h進行短期老化。
1.3 紫外老化模擬試驗
根據室內紫外光老化時長與室外紫外光輻射總 量相等的原則,采用自制紫外光老化環境箱進行紫 外光 老 化 室 內 模 擬 試 驗。先 通 過JTG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》測定瀝青密 度,根據 TFOT 老化后瀝青密度及設定的試樣厚度 得到試樣質量,制備試樣將其加溫至150 ℃使其保 持流動狀態;將試樣放入紫外光老化環境箱中,選用 波長 365 mm 的 紫 外 光 源,在 25 ℃ 溫 度、強 度 5 mW/cm2下進行老化,老化結束后取出試樣。
試驗結果分析
2.1 針入度試驗結果分析
感溫性是表征瀝青材料性質隨溫度變化的指標,是反映瀝青路面施工質量和使用性能的重要指 標,常用針入度指數表征。將老化前后的基質瀝青 與瀝青膠漿在15、25、30℃溫度下進行針入度試驗:基質瀝青與瀝青膠漿在老化前后 的針入度都隨溫度上升而上升,呈現正相關的變化 規律。而針入度與瀝青的稠度呈負相關,針入度越 大,瀝青稠度越小,瀝青越來越軟,瀝青高溫穩定性 變差。與基質瀝青相比,加入礦粉后的瀝青膠漿具 有更好的高溫穩定性;瀝青膠漿的針入度下降速率 低于基質瀝青,說明礦粉對瀝青老化具有一定抑制 作用。
2.2 延度試驗結果分析
延度是評定瀝青塑性的重要指標,通過延度試 驗可快速測試瀝青的低溫抗裂性能,反映瀝青抵抗 拉伸破壞的能力。將短期老化前后的基質瀝青與瀝 青膠漿在15 ℃下進行延度試驗。
2.3 動態剪切流變試驗結果分析
DSR是SHRP評價瀝青粘彈性的標準方法,可 模擬瀝青在集料間接觸點受到的剪切作用。通過相 位角δ、復數剪切模量 G* 表征瀝青的粘性和彈性。 相位角δ 反映瀝青材料中粘、彈性成分的多少,其值 越大,材料中粘性成分越多;低溫時相位角δ 越高, 瀝青的流動性越好,可減少瀝青的低溫開裂。老化 指數AI 為瀝青紫外老化后復數模量與老化前復數 模量之比,表征瀝青的老化程度。車轍因子是評價 瀝青高溫流變性能的重要指標,反映瀝青抵抗永久 變形的能力,其值越大,瀝青抗車轍的性能越好。 選用25mm 振 蕩 板,頻 率 為10rad/s,對 紫 外 老化30、60、90、120h后的瀝青膠漿和原樣瀝青膠 漿試樣進行溫度掃描。
1)隨著溫度的升高,瀝青膠漿老 化前后的復數剪切模量均不斷減小。原樣瀝青膠漿 的復數剪切模量最小,在相同光照強度下,隨著紫外 輻射時長的增加,瀝青膠漿的復數剪切模量增大,其 中紫外光照120h后的復數剪切模量和老化指數最 大。
2)52 ℃時,隨著紫外光照時長的增加,瀝青膠 漿的相位角逐漸減少,瀝青膠漿的流動性降低。隨 著溫度的上升,老化前后瀝青膠漿的相位角均逐漸 增大。原樣瀝 青 膠 漿 的 相 位 角 最 大,紫 外 老 化120 h后的相位角 最 小,說明瀝青膠漿老化后粘性成分減少。
3)隨著溫度的升高,老化前后瀝青膠漿的車 轍因子均不斷減少,其中原樣瀝青膠漿的車轍因子最小。在相同溫度條件下,隨著紫外光照時長的增。
3 結論
(1)對比老化前后瀝青膠漿和基質瀝青的針入 度,礦粉的加入可降低瀝青膠漿的針入度。
(2)隨著紫 外 老 化 時 長 的 增 加,瀝 青 膠 漿 的 復 數剪切模量和車轍因子 均 增 大,其 中 光 照120h后 的復數剪切模量和車轍因子最大,隨著老化時長的 增加,瀝青膠漿的高溫性能增強。
(3)紫外輻射時長增加會加劇瀝青膠漿的老化 現象,紫外光照時長越長,瀝青膠漿老化越嚴重,瀝 青膠漿的老化過程遵循“時長等效”原則。
(4)隨著紫 外 光 照 時 長 的 增 加,瀝 青 膠 漿 的 勁 度模量越來越大,蠕變速率越來越小,低溫性能越來 越差。