沥青路面的耐老化性能探讨

刘 培

招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆 400067

0 引言

含有沥青的混合材料的耐老化性能，通常是指沥青材料路面在其使用的时候承担交通任务、气候变化等其他因素的综合作用时，沥青混合料保证其正常适用的指标的稳定或者较小的变化的能力。沥青材料路面在路面施工时和使用时面临着长期在大气中暴露、光照、降水、气温等变化因素的影响，与此同时还有车辆荷载、路基情况变化的影响[1]。因此，研究讨论沥青混合料老化性能的全面研究具有重要的工程实用意义。

1 影响沥青路面老化的因素

1.1 沥青的影响

沥青是由多种不同的的碳氢化合物分子组成的单相均匀的混合物。其分子可以粗略分为两类：极性分子和非极性分子。其中非极性分子是作为极性分子的溶剂存在。它们通过微弱的作用连接在一起，呈网状结构。通过研究表明：当温度升高时，情况恰恰相反。沥青中极性分子的数量越多，沥青就越容易被氧化[2]。

1.2 集料对沥青老化的影响

集料的产生对于沥青混合料的使用性能带了许改观，除了能够增加各种集料之间的嵌挤力，最大的作用就是在沥青和集料之间形成了吸附性。沥青的老化主要是轻质油分的消失，极性分子的失活。表现出粘度增大、自身变硬的特质。

1.3 外界环境对于老化的影响

1.3.1 温度对沥青混合料老化的影响

对于沥青这种混合物，当环境温度在60℃至130℃时，在没有氧气等氧化剂的情况下，据研究表明，沥青时发生自身组分的化学变化[3]。而当温度高于150℃时，情况就会出现很大的改变。

1.3.2 含氧量对沥青混合料老化的影响

公路在使用时条件下的沥青混合料[4]，如果是在无氧的情况下，是不会有条件发生沥青本身化学性质的改变的。事实并如此，要做到完全无氧是不可能的。

1.3.3 沥青含蜡量对沥青混合料老化的影响

分布在我国几大油田的原油所产生沥青虽然软化点普遍都高[5]，但在高温环境下的稳定性不好。蜡含量偏多会影响沥青的粘温性，在高温条件下易使沥青路面的路用性能降低。

2 室内模拟沥青混合料老化试验方法

沥青混合料的老化分为两个阶段：短期老化和长期老化。短期老化是开始于拌合厂，终止于沥青路面压实后温度将至于自然温度；长期老化是开始于路面建成之后，终止于路面服务性能下降直至不能满足行车的要求。

2.1 短期老化的试验方法

短期老化的试验方法应体现松散混合料在拌和、贮存和运输中受热而挥发和氧化的效应，以模拟沥青混合料施工阶段的老化效果[6]。SHRP根据以往沥青混合料短期老化方法的研究实验结果提出了三种备选的方法。它们是：

（1）烘箱加热法：将拌合的沥青混合料放在烘箱中一定时间，使沥青混合料老化；

（2）延时拌和法：适当延长混合料的拌和时间，使沥青混合料老化；

（3）微波加热法：将拌和的沥青混合料用微波加热，使沥青混合料老化。

从多方面比较之后，利用烘箱加热法会被认为更好地模拟现实的施工条件、方法简单不复杂、经济划算，因而在室内模拟沥青混合材料的短期老化最有效便捷的方法[7]。

温度和时间效应是烘箱加热法控制沥青混合料老化程度的重要条件。早在1988年VonQunitas等人根据施工现场两种沥青混合料回收沥青的针入比和粘度比与试验室模拟试验结果，提出了烘箱加热135℃、4h的老化条件[8]。

2.2 长期老化的试验方法

沥青混合料试验室长期老化的方法应着重体现沥青混合料压实成型试件持续氧化的效应，以模拟使用期内沥青路面的老化效果。SHRP总结了以往的研究成果，提出了三种备选的方法：

（1）加压氧化（PAV），是对沥青混合料施以低压氧气，使其在短时间内加速老化的一种方法。将经过短期老化成型的沥青混合料试件放入压力罐的试样架上，当容器密闭后，注入氧气达到2±0.5MPa的压力，在40℃或60℃的环境下保持一定时间（1d、2d、3d、5d、7d），然后冷却至室温缓缓解除压力的老化过程。

（2）延时烘箱加热，本方法是对沥青混合料施以高温强化手段，以达到沥青加速老化的目的。具体步骤是将沥青混合料经过短期老化后成型的试件过夜冷却、脱模，置于试样架上，放入85±1℃的烘箱中恒温120±0.5h使其老化，然后在不移动试件的情况下，打开烘箱门冷却至室温。

（3）红外线、紫外线处理。将试件在红外线、紫外线下照射一定的时间，主要模拟太阳光对沥青的老化情况。

与沥青混合料短期老化试验方法的评估标准一样，三种方法有效性的评估见表1。

表1 沥青混合料长期老化方法有效性的评估

延时烘箱加热和加压氧化处理，我认为这两种方法都没有考虑到一个问题，那就是沥青的含蜡量对路面长期老化的影响[9]。

图1 温度和压力对混合料老化的影响

老化试验的时间对沥青混合料老化程度的影响也是非常明显[10]。

图2 老化时间对沥青混合料老化的影响

3 预防沥青路面老化的措施

（1）降低沥青的存储温度，减少搅拌

在沥青热储存或运输过程中应降低温度。不应超过120℃，最好在80～90℃最佳[11]，且整个过程不宜搅拌。

（2）缩短沥青存储时间

储存时间对沥青的老化程度有较大的影响。温度越高，储存时间越长，沥青老化越严重。

（3）路面设计采用连续级配沥青混凝土

该类型路面具有空隙小、防渗水等优点。可以通过表面处治和封层来延缓老化作用。

（4）严格控制沥青含蜡量

将沥青的含蜡量控制在一个合理的范围，这样才可以延长沥青路面的使用寿命。

4 结语

之前对沥青老化的探究重点可能放在了水、氧气和紫外线等主要因素上，我认为还是很有必要探讨一下含蜡量对沥青老化的影响。大多数情况下我们还是会使用含蜡量高的沥青，所以研究含蜡量对于沥青老化的影响是很有必要的，我发现一些试验方法好像都忽略了这一点。也许这不是影响沥青路面老化主要因素，但是我觉得只有多方位，全方面的考虑各种因素，才能有效的解决沥青路面老化的问题。