西藏高海拔地区沥青老化室内外对比分析

夏洋洋

（西藏大学工学院，西藏拉萨 850000）

1 高海拔地区沥青老化影响因素分析与研究目的

沥青老化是指沥青热拌、施工及使用过程中受到温度、光照、空气和降水等外界环境因素的影响以及车辆荷载的作用而发生挥发、氧化等一系列不可逆的物理变化和化学变化，使沥青性质发生较大的变化，宏观上表现为质量发生变化、针入度减小、软化点升高以及延度变小，从而导致了沥青性能的劣化。沥青老化后，沥青的指标出现劣化，表现在沥青的粘度增大、软化点升高，针入度、延度降低。老化后沥青的粘附性、柔性等性质也随之劣化，使沥青混合料的耐久性、水稳性和低稳抗裂性降低。老化的沥青路面表现为表面干枯、脆化、进而出现开裂、松散等病害。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）于2011 年正式执行，在规范中认为薄膜烘箱实验（TFOT）和旋转薄膜烘箱实验（RTFOT）对于实验所能够得到的结论相差不大，两者都可以作为短期老化的实验方法。在高海拔地区，随着沥青路面建成通车后，荷载与光照等影响因素，会导致沥青的老化现象。拉萨市光照强度大，日照时间长。西藏是全国的太阳辐射最强的地方，拉萨全年总辐射是同纬度成都的2.1 倍，上海的1.7 倍。拉萨全年日照时数 3005h，为成都的2.4 倍，上海的1.5 倍。在高原地区修建沥青道路，沥青的老化规律与光照时间将成为重点的研究对象。

沥青老化后将会导致沥青路面的龟裂、集料的剥离等路面病害，影响行车的舒适性与安全。通过沥青薄膜烘箱实验（TFOT），把沥青的老化程度与光照程度经行分析，找出相关性，能够为日后在高原地区修建道路提供有力的参考依据。本文所用沥青为世面上常见的70﹟基质沥青。其相关性能见表1。

表1 70﹟基质沥青性能指标

2 沥青老化试验方案

沥青的老化特性主要受到时间还有紫外线强度的影响，可以将时间与受到紫外线照射的强度进行相互关联。同时为了探究室外紫外线对沥青组分影响深度，本文采用了不同厚度的沥青进行实验，从针入度、软化点、延度三大指标对其进行实验论证。

2.1 沥青室内老化试验

当前主要采用SHRP 计划中所提出的薄膜烘箱老化试验（TFOT），根据规定，将50g 沥青放在14cm 的圆盘上，实验温度设定为163℃，实验时间为5h。仪器应按放在通在条件良好的试验室，（在做试验时，有含沥青的热空气溢出）供电线路单独控制，并具有良好的保险、接地、在电压不稳条件下，加装220V、3000W稳压器，启动电源，调节各部件工作是否正常，按试验要求温度调止163℃，观察工作室仪表显示温度。恒温后即可按试验方法规定称取一定沥青试样，分别装入缩口试验瓶中，然后均匀地安装在转盘孔内，（当含有样品的试验瓶不足8 只时，也应将空瓶安放在转盘孔内），启动空气压缩机和烘箱下部流量计稳流阀，供其流量为4000mL/min，当到达试验：规定时间后停止加热、转盘旋转，开启工作室门将试样瓶取出，老化试验仪器见图1。

图1 沥青老化试验机

2.2 沥青室外老化试验

将沥青置于室外进行老化试验，为了验证室外紫外线所影响沥青深度进行对比，室外所用沥青容器也为14cm，分别将50g、60g、70g 放在圆盘上。实验时间以30d 为一个阶段，共有四个阶段。

3 实验结果与分析

3.1 同质量室内老化试验结果与室外老化结果

将同样质量的沥青经过室外环境实验之后，进行沥青三大指标实验，实验结果见表2。

表2 70﹟基质沥青室内外老化后性能指标

3.2 紫外线对不同沥青层影响厚度的对比

为了探究紫外线对不同沥青层厚度的影响，将不同沥青层后的沥青经过四个阶段后，进行三大指标实验，针入度实验结果见表 3~表 5。

表3 70﹟基质不同厚度沥青室内外老化后针入度指标

表4 70﹟基质不同厚度沥青室内外老化后软化点指标

表5 70﹟基质不同厚度沥青室内外老化后15℃延度指标

不同厚度的沥青经过室外紫外线照射四个阶段，针入度变化并不明显，说明紫外线对沥青针入度影响不大。

不同厚度的沥青经过室外紫外线照射四个阶段，软化点变化并不明显，说明紫外线对沥青针入度影响不大。

不同厚度的沥青经过室外紫外线照射四个阶段，随着沥青厚度的增加，延度略有变化，但增长的幅度有限。

3.3 实验结果分析

从表1 可以看出，沥青经过室内薄膜烘箱老化试验（TFOT），沥青的针入度、延度、软化点与室外沥青经过60d 相近。已有的相关研究中，平原地区经过90d 才能达到薄膜烘箱老化试验（TFOT）的实验效果，说明在拉萨等高海拔地区，短期沥青老化比平原快1/3 左右。

从表3~表5，可以看出，表3 中针入度指标随着沥青厚度的增加，改变并不明显，说明紫外线能够影响的沥青厚度有限。表4中软化点随着沥青厚度的增加，数值变低，但其数值变化幅度有限，随着室外照射时间增加，到了第四阶段，沥青软化点随着厚度增加，数值变化比较大，通过观察与触碰，是沥青表面产生细小龟裂，而厚度的增加能够很好地降低其软化点数值。表5 中延度指标与软化点指标有类似的数值变化，都是指标初期变化不明显，但是经过三个阶段后，厚度指标影像力增强。

在沥青经过完整的四个阶段，发现随着时间的推移，沥青表面产生一些细微的裂缝，同时产生碳化现象，导致紫外线能够照射到更深处的位置，在高原地区实际施工中，建议适当增加沥青含量。

4 结论

本文针对西藏拉萨地区太阳辐射强，通过薄膜烘箱老化试验（TFOT）对比了室内外沥青针入度、延度、软化点三大指标，发现高原地区沥青老化现象明显高于平原地区，120d 老化速度快了大约1/3。同时推荐在实际施工中，应当适当增加沥青用量。