不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影响
导读:过针入度试验、低温延度试验、动态剪切流变试验和低温弯曲试验检测沥青与沥青胶浆老化前后的性能指标,分析不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影响。
来源:未知
发布日期:2019-10-22 11:46【大 中 小】
沥青在自然条件和交通荷载作用下会发生老 化,导致沥青路面出现裂缝、坑槽等病害。根据胶浆 理论,沥青与集料、矿物填料通过物理化学吸附作用 形成相对稳定的空间网状结构的分散体系。针对沥 青胶浆老化前后的路用性 能,RecasensR.M.等 认 为填料的添加对沥青混合料的抗老化性能有着不可 忽视的作用;王秉纲等分析矿粉对沥青老化性能的 影响,认为沥青胶浆在热氧条件下粉胶比含量不应 超过1.5;谭忆秋从填料与沥青相互作用的角度,通 过动态剪切流变仪(DSR)与弯曲流变仪(BBR)试验 得出基 质 沥 青 最 佳 粉 胶 比 为0.9~1.4。实 际 工 程 中,尤其是在中国西部紫外光光照时长较长、紫外辐 射强度较大的地区,紫外光照是导致道路沥青老化 的主要因素。沥青材料在紫外光辐射下发生老化导 致材料性能发生衰变,在交通荷载等作用下沥青路 面发生病害。为满足中国西部地区实际工程需要, 同时更深入地了解沥青胶浆紫外老化变化情况,该 文开展不同紫外光照时长对沥青胶浆流变性能的影 响研究。
1 材料制备及性能检测
1.1 沥青胶浆制备
基质沥青采用中国石化生产的东海牌70# 道路 石油沥青,其主要技术指标。沥 青 胶 浆 是 沥 青和填料组成的均匀二元体系,决定沥青混合料的 路用性能及耐久性。将基质沥青与矿粉(其主要技术指标见 )混 合 制 备 沥 青 胶 浆,粉 胶 比 为 1.0。 制备胶浆样品前,先将基质沥青在150 ℃烘箱中预 热30min确保沥青具有一定的流动性,矿粉在150 ℃烘箱中烘干确保填料达到混合温度;高速剪切仪 预热5min后倒入填料与沥青进行搅拌,搅拌速度 为1500r/min,搅拌时长为1h。为保障沥青与填 料搅拌均匀,搅拌中每隔10min调节叶片高度。
1.2 沥青胶浆样品老化
根据 ASTM D1754(ASTM2014),通过旋转薄 膜烘箱将沥青胶浆样品在163 ℃下保持5h进行短期老化。
1.3 紫外老化模拟试验
根据室内紫外光老化时长与室外紫外光辐射总 量相等的原则,采用自制紫外光老化环境箱进行紫 外光 老 化 室 内 模 拟 试 验。先 通 过JTG E20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》测定沥青密 度,根据 TFOT 老化后沥青密度及设定的试样厚度 得到试样质量,制备试样将其加温至150 ℃使其保 持流动状态;将试样放入紫外光老化环境箱中,选用 波长 365 mm 的 紫 外 光 源,在 25 ℃ 温 度、强 度 5 mW/cm2下进行老化,老化结束后取出试样。
试验结果分析
2.1 针入度试验结果分析
感温性是表征沥青材料性质随温度变化的指标,是反映沥青路面施工质量和使用性能的重要指 标,常用针入度指数表征。将老化前后的基质沥青 与沥青胶浆在15、25、30℃温度下进行针入度试验:基质沥青与沥青胶浆在老化前后 的针入度都随温度上升而上升,呈现正相关的变化 规律。而针入度与沥青的稠度呈负相关,针入度越 大,沥青稠度越小,沥青越来越软,沥青高温稳定性 变差。与基质沥青相比,加入矿粉后的沥青胶浆具 有更好的高温稳定性;沥青胶浆的针入度下降速率 低于基质沥青,说明矿粉对沥青老化具有一定抑制 作用。
2.2 延度试验结果分析
延度是评定沥青塑性的重要指标,通过延度试 验可快速测试沥青的低温抗裂性能,反映沥青抵抗 拉伸破坏的能力。将短期老化前后的基质沥青与沥 青胶浆在15 ℃下进行延度试验。
2.3 动态剪切流变试验结果分析
DSR是SHRP评价沥青粘弹性的标准方法,可 模拟沥青在集料间接触点受到的剪切作用。通过相 位角δ、复数剪切模量 G* 表征沥青的粘性和弹性。 相位角δ 反映沥青材料中粘、弹性成分的多少,其值 越大,材料中粘性成分越多;低温时相位角δ 越高, 沥青的流动性越好,可减少沥青的低温开裂。老化 指数AI 为沥青紫外老化后复数模量与老化前复数 模量之比,表征沥青的老化程度。车辙因子是评价 沥青高温流变性能的重要指标,反映沥青抵抗永久 变形的能力,其值越大,沥青抗车辙的性能越好。 选用25mm 振 荡 板,频 率 为10rad/s,对 紫 外 老化30、60、90、120h后的沥青胶浆和原样沥青胶 浆试样进行温度扫描。
1)随着温度的升高,沥青胶浆老 化前后的复数剪切模量均不断减小。原样沥青胶浆 的复数剪切模量最小,在相同光照强度下,随着紫外 辐射时长的增加,沥青胶浆的复数剪切模量增大,其 中紫外光照120h后的复数剪切模量和老化指数最 大。
2)52 ℃时,随着紫外光照时长的增加,沥青胶 浆的相位角逐渐减少,沥青胶浆的流动性降低。随 着温度的上升,老化前后沥青胶浆的相位角均逐渐 增大。原样沥 青 胶 浆 的 相 位 角 最 大,紫 外 老 化120 h后的相位角 最 小,说明沥青胶浆老化后粘性成分减少。
3)随着温度的升高,老化前后沥青胶浆的车 辙因子均不断减少,其中原样沥青胶浆的车辙因子最小。在相同温度条件下,随着紫外光照时长的增。
3 结论
(1)对比老化前后沥青胶浆和基质沥青的针入 度,矿粉的加入可降低沥青胶浆的针入度。
(2)随着紫 外 老 化 时 长 的 增 加,沥 青 胶 浆 的 复 数剪切模量和车辙因子 均 增 大,其 中 光 照120h后 的复数剪切模量和车辙因子最大,随着老化时长的 增加,沥青胶浆的高温性能增强。
(3)紫外辐射时长增加会加剧沥青胶浆的老化 现象,紫外光照时长越长,沥青胶浆老化越严重,沥 青胶浆的老化过程遵循“时长等效”原则。
(4)随着紫 外 光 照 时 长 的 增 加,沥 青 胶 浆 的 劲 度模量越来越大,蠕变速率越来越小,低温性能越来 越差。