溫度對瀝青針入度指標影響
點擊次數(shù)：653 更新時間：2018-08-26
溫度對瀝青針入度指標影響
針入度指標是評價瀝青性質(zhì)的關(guān)鍵指標之一，在瀝青路面施工過程中，瀝青要經(jīng)過運輸、儲存、拌和成瀝青混合料等各施工環(huán)節(jié)，不可避免的要進行加熱。瀝青在加熱過程中必然伴隨著老化的發(fā)生，使瀝青的性質(zhì)逐漸降低。通過室內(nèi)試驗的方法尋求瀝青熱老化的規(guī)律，對科學指導施工具有重大意義。
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)于瀝青感溫性能評價方法的研究，世界各國科研工作者已經(jīng)作了大量的工作，并提出了許多表示瀝青感溫性能的評價指標，例如針入度指數(shù)指標、瀝青針入度-粘度指數(shù)指標、粘溫指數(shù)指標和等級指數(shù)指標，但是這些方法主要以針入度、軟化點等經(jīng)驗性指標為基礎(chǔ)。
在熱、氧、光輻射、雨水等的作用下，瀝青的性質(zhì)會發(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。在老化過程中，瀝青的輕組分在逐漸減少，重組分在增加，導致瀝青稠度增加，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)會出現(xiàn)劣化，導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等人的長期研究，瀝青在瀝青混合料拌和、攤鋪、壓實及使用過程中的老化被認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，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)生在路面使用過程中;
5) 瀝青組分離析
由于某些多孔性集料會選擇性地吸收瀝青中的某些成分，使瀝青的油分、樹脂或瀝青質(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。瀝青路面施工過程中的瀝青老化主要是熱老化。熱能加速瀝青分子的運動，除了引起瀝青的蒸發(fā)外，并能促進瀝青化學反應(yīng)的加速，終導致瀝青技術(shù)性能降低。尤其在施工加熱時，由于有空氣中的氧參與共同作用，可使瀝青性質(zhì)產(chǎn)生嚴重惡化。
2 針入度試驗
2.1 瀝青單質(zhì)試驗
在進行關(guān)于瀝青紙入度指標的老化試驗之前，首先取大連西太平洋公司生產(chǎn)的90號瀝青根據(jù)《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2000)中規(guī)定的試驗方法進行瀝青單質(zhì)材料試驗，此試驗數(shù)據(jù)作為瀝青性質(zhì)的分析和老化評價的基本指標，瀝青性質(zhì)試驗結(jié)果見表1.1。
2.2 瀝青熱老化試驗
為了驗證瀝青在一定溫度下的老化特性，試驗采用大連西太平洋公司生產(chǎn)的90號瀝青盛放在敞口的容器中，分別在130℃和170℃的烘箱中進行加熱保存，并在不同時間取出經(jīng)加熱的部分試樣進行瀝青老化后針入度指標試驗，驗證瀝青在高溫情況下的老化情況，并建立老化溫度、時間和老化程度的相關(guān)關(guān)系。試驗結(jié)果見表2和圖1。
為得到瀝青在一定溫度下儲存過程中，針入度指標隨加熱時間的變化趨勢，對試驗數(shù)據(jù)進行分析，并繪制其相關(guān)關(guān)系圖，得到儲存時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)溫度條件下儲存的時間，h。
2.3 試驗結(jié)果分析
基質(zhì)瀝青針入度為93時，在130℃溫度條件下經(jīng)過68h，針入度降到59，此時針入度比為63.4%，在170℃溫度條件下經(jīng)過68h，針入度降到32，此時針入度比為34.4%，根據(jù)上述公式，130℃溫度條件下經(jīng)過33h，針入度可下降到53，此時針入度比降到《規(guī)范》要求的A等級瀝青的57%;在130℃溫度條件下，在試驗歷時范圍內(nèi)，針入度仍未下降到53，若針入度降到53，根據(jù)針入度下降的趨勢還需幾十個小時，證明在低于130℃溫度條件下，90號瀝青可適當延長的儲存時間。
1) AH-90瀝青在高溫狀態(tài)下儲存時，隨著儲存時間的延長，瀝青老化越來越嚴重，開始階段老化較快，隨著儲存時間的延長，老化趨于緩慢。
2) AH-90瀝青在高溫狀態(tài)下儲存時，隨著儲存溫度的升高，瀝青老化越來越嚴重。
3) AH-90瀝青在130℃高溫狀態(tài)下儲存時，針入度在儲存11h時出現(xiàn)拐點，老化趨于緩慢。
4) AH-90瀝青在130℃高溫狀態(tài)儲存時，可儲存較長時間瀝青仍可使用。
5) AH-90瀝青在170℃高溫狀態(tài)下儲存時，針入度在儲存10h時出現(xiàn)拐點，老化趨于緩慢。
6) AH-90瀝青在170℃高溫狀態(tài)下儲存時，不應(yīng)過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導致瀝青硬化。雖然施工過程中瀝青一般在較密閉的容器中高溫儲存，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)生觸變導致瀝青硬化仍不可避免，因此應(yīng)盡量縮短高溫儲存時間并減少重復(fù)加熱的次數(shù)。瀝青的高溫儲存溫度宜不過150℃，時間宜不過15h。
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