溫度對(duì)瀝青針入度指標(biāo)影響
點(diǎn)擊次數(shù):650 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,在瀝青路面施工過程中,瀝青要經(jīng)過運(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(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等人的長期研究,瀝青在瀝青混合料拌和、攤鋪、壓實(shí)及使用過程中的老化被認(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,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(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)果見表2和圖1。
為得到瀝青在一定溫度下儲(chǔ)存過程中,針入度指標(biāo)隨加熱時(shí)間的變化趨勢,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,瀝青老化越來越嚴(yán)重,開始階段老化較快,隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長,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150℃,時(shí)間宜不過15h。