瀝青混合料的老化性能及其力學(xué)變化規(guī)律

余 靜 沈菊男

(蘇州科技大學(xué)道路工程研究中心，江蘇 蘇州 215000)

瀝青混合料的老化性能及其力學(xué)變化規(guī)律

余 靜 沈菊男

(蘇州科技大學(xué)道路工程研究中心，江蘇 蘇州 215000)

結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，介紹了瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能以及勁度模量五種力學(xué)性能在老化過程中的變化趨勢，并對瀝青混合料老化之后力學(xué)方面的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。

瀝青混合料，力學(xué)性能，路面，老化程度

0 引言

瀝青混凝土路面很大程度的滿足了人們對于車輛行駛過程的舒適度要求，其優(yōu)良的力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)，使得瀝青混凝土路面越來越多的用于各種等級道路上。國內(nèi)外關(guān)于瀝青混合料老化有著多方面的研究。1987年美國戰(zhàn)略公路研究計劃(SHRP)的提出，對于瀝青及瀝青混合料的研究做了很大的貢獻(xiàn)，中外學(xué)者在瀝青的宏觀和微觀以及瀝青混合料力學(xué)性能方面作出了很大的貢獻(xiàn)，但其中多數(shù)是依著實(shí)驗(yàn)室的條件進(jìn)行研究，很少能做到模擬自然條件下瀝青及瀝青混合料的老化過程。

1 國內(nèi)文獻(xiàn)對瀝青混合料的研究

瀝青及瀝青混合料自鋪展在路面之后長期處于水、氧、紫外線等自然環(huán)境中，由于交通荷載自然環(huán)境的作用，出現(xiàn)了許多的損傷現(xiàn)象。針對這些問題國內(nèi)外的許多學(xué)者進(jìn)行多方面的研究。下面主要總結(jié)一下瀝青混合料力學(xué)性能的知識。

張爭奇等(2007)利用老化程度不同的瀝青混合料進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，分析瀝青混合料的低溫性能。得出：只有老化過的試件才能進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)，短期老化的低溫敏感性更好，并且瀝青混合料的低溫性能是評價瀝青混合料路用性能的重要指標(biāo)。

李寧利等(2008)利用短期老化、長期老化的基質(zhì)瀝青混合料和改性瀝青混合料進(jìn)行低溫抗裂性能分析。得出長期老化的瀝青混合料的低溫性能更弱，在實(shí)際使用過程中，應(yīng)增強(qiáng)長期使用路面的低溫性能評價，并提出了相應(yīng)的評價方法。

陳國明(2009)通過分析不同級配瀝青混合料的高溫性能和低溫性能的優(yōu)異，探究級配對瀝青混合料的影響。結(jié)果顯示：S型級配曲線的瀝青混合料的高低溫性能最佳。

李寧利等(2009)研究瀝青老化對瀝青路面的影響。采用普通瀝青混合料和改性瀝青混合料,通過短期老化和長期老化之后小梁試樣的彎曲和彎曲蠕變進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明長期老化后改性瀝青混合料彎曲蠕變性能優(yōu)于普通瀝青混合料。

陳華鑫等(2010)通過研究不同級配的改性瀝青和基質(zhì)瀝青混合料，分析粗、細(xì)級配混合料老化后的低溫性能。得出：改性瀝青混合料老化后的低溫下性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，粗級配瀝青混合料的低溫性能不如細(xì)級配瀝青混合料。

鄭健龍等(2010)通過研究粘彈性材料，建立瀝青混合料老化后的粘彈性疲勞損傷模型。以此推測出瀝青混合料的臨界損傷度、疲勞壽命計算公式。

呂松濤等(2012)通過對瀝青混合料進(jìn)行短期老化和長期老化，進(jìn)行不同老化程度瀝青混合料疲勞性能的分析。結(jié)果表明：不同老化程度下的瀝青混合料以雙對數(shù)坐標(biāo)為基礎(chǔ)疲勞壽命與累積耗散具有良好線性關(guān)系。

徐東等(2012)研究橡膠瀝青混合料老化及再利用的路用性能，結(jié)果顯示：橡膠瀝青混合料在老化過后，低溫性能、水穩(wěn)定性能降低，高溫穩(wěn)定性能升高。再生后的橡膠瀝青混合料高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性能均有所提高。

王國安等(2013)利用不同老化階段硅藻土改性瀝青混合料，分析彎拉強(qiáng)度比、彎拉應(yīng)變比和勁度模量比對其低溫性能影響，得出勁度模量比對瀝青混合料低溫性能的影響最大，適量的硅藻土可以提高瀝青混合料的力學(xué)性能。

李惠霞等(2014)研究紫外線對瀝青混合料高溫性能的影響，主要從老化時間、級配、油石比三個方面進(jìn)行研究。結(jié)果顯示：隨著紫外光老化增長，高溫性能先降低后趨于穩(wěn)定。以最佳油石比、低于最佳油石比、高于最佳油石比為依據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，降低油石比動穩(wěn)定度。在紫外線條件一致的前提下，級配不同對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定度影響最小。

馬莉骍(2014)利用GHF125W紫外老化箱模擬紫外環(huán)境和自然大氣暴露兩種老化方式，研究瀝青混合料紫外老化過程中的水穩(wěn)定性能。通過浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融循環(huán)劈裂試驗(yàn)和浸水車轍試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了瀝青路面水損害環(huán)境模擬，得出隨著紫外老化時間延長瀝青混合料水穩(wěn)定性能衰減。實(shí)驗(yàn)室模擬紫外老化與自然大氣老化之間具有一定相關(guān)性，且采用凍融循環(huán)劈裂試驗(yàn)評價紫外老化混合料的水穩(wěn)定性能更加合理。

宋玉珠(2014)采用了車轍試驗(yàn)、靜態(tài)蠕變試驗(yàn)和動態(tài)蠕變試驗(yàn)，研究老化對PE改性瀝青混合料高溫性能的影響。結(jié)果表明:PE改性瀝青混合料在老化后的高溫穩(wěn)定性得到了提高,勁度模量增大，永久變形量降低、流變次數(shù)增大。

李洪軍(2015)分析了瀝青混合料在不同老化溫度、不同老化時間下疲勞性能的變化，并得出瀝青混合料的疲勞性能隨著老化程度的加深變差。溫度越高，時間越長，疲勞性能越差。因此在施工中應(yīng)選擇適合的溫度且控制在4 h內(nèi)完成。

曹庭維等(2015)通過在瀝青中摻入有機(jī)蒙脫土、LDHs、炭黑三種紫外線阻隔材料來提升瀝青耐紫外老化性能。結(jié)果表明試驗(yàn)條件一致的前提下，紫外阻隔材料可以有效地降低紫外線老化，并對這三種材料紫外線阻隔作用排序：有機(jī)蒙脫土>LDHs>炭黑。

童申家等(2015)通過分析紫外線強(qiáng)度對不同級配瀝青混合料的影響，得出S型級配曲線中，粗集料越多，紫外線影響越小；細(xì)集料越多，紫外線影響越大。

張興梅等(2015)通過不同老化程度試件來測量透水瀝青混凝土路面的水侵害情況，并分析最大公稱粒徑對工程性質(zhì)的影響。得出PAC試件老化后的工程性質(zhì)呈現(xiàn)增加的趨勢，其中以70號直餾瀝青最低，高黏度改性瀝青最佳。試驗(yàn)路現(xiàn)場鉆的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果相似。

馮慶舉(2015)通過試驗(yàn)測定不同SBS含量對瀝青及瀝青混合料的低溫延度、劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變的影響，以及SBS含量對瀝青混合料疲勞性能的影響。結(jié)果顯示：在SBS含量為4.5%時，瀝青混合料的抗老化性能最好，并且具有很好的線性關(guān)系。

2 國外文獻(xiàn)對瀝青混合料的研究

MAXiang等(2009)以原瀝青、薄膜老化和壓力老化瀝青為原材料，對樣品試樣進(jìn)行彎曲流變、BBR以及TSRST試驗(yàn)研究影響多孔瀝青混合料的低溫性能的因素。得出：隨著老化程度的升高，多孔瀝青混合料的低溫性能降低，與密級配相比較低溫性能幾乎相同。

Teresa López-Montero等(2016)主要研究老化現(xiàn)象和水損害是評價瀝青混合料開裂的重要原因。得出老化后的瀝青混合料疲勞壽命以及抗裂性能減少，在老化前后，水損害的作用對于剛度的變化、韌性的影響相對較小。

Frigio,Raschia等(2016)從回收的多孔瀝青混合料入手研究再生瀝青混合料路面，通過減少實(shí)驗(yàn)所用的溫度，添加不同添加劑，得出長期老化混合料的HMA和VMA的性能可以通過抗疲勞性能進(jìn)行評價，且短期老化影響WMA混合物的剛度和使用壽命，添加添加劑可以增加WMA的剛度，而疲勞性能對HMA和WMA的影響很小。

Nur Izzi Md等(2014)在改性瀝青中加入0%,2%和4%納米二氧化硅顆粒測老化后的濕氣敏感性，彈性模量和動態(tài)蠕變等。實(shí)驗(yàn)表明納米二氧化硅增加瀝青混合料的疲勞性能和抗車轍性能，且降低了混合料的老化性能，且4%的二氧化硅對瀝青混合料性能的提高最好。

Ana R. Pasandín等(2015)在不同含量的再生骨料加入新生骨料中進(jìn)行混合料的剛度測試。采用原瀝青、短期老化瀝青和熱處理的老化瀝青，得出熱處理導(dǎo)致的老化對熱拌瀝青剛度的影響最大，而再生骨料的含量對老化的影響很小，但是起到一定的防止老化的效果。

Andrew Braham等(2016)研究老化和水對瀝青混合料開裂和車轍的影響。主要包括RAP和WMA的化學(xué)改性性能測試(開裂，車轍，密度，濕度和老化)。實(shí)驗(yàn)表明：WMA用于RAP的開裂和車轍類似于熱混合瀝青(HMA)用于RAP，同時又有相似的壓實(shí)特性，但是WMA使用時溫度相對較低，減小了粘結(jié)劑的阻力。

Md Rashadul Islam等研究AC瀝青混合料的空隙率隨老化時間增長的變化情況。在實(shí)驗(yàn)室制備樣品進(jìn)行AASHTO的測定，得出老化不會導(dǎo)致孔隙率的變化。

Mohd Ezree Abdullah等(2016)研究在溫拌瀝青混合料中加入黏土和化學(xué)添加劑之后對其高溫性能的影響。結(jié)果表明在添入外加劑之后水分的敏感性能、車轍和永久變形和傳統(tǒng)相比都有良好的改善。這也說明黏土和外添加劑對溫拌瀝青混合料的性能有良好地提高。

3 總結(jié)

此文主要介紹了瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能以及勁度模量五種力學(xué)性能在老化過程中的變化趨勢，在實(shí)際工程中針對這些方面產(chǎn)生的影響因素要多加注意。除此之外，自然環(huán)境中單一條件的變化對瀝青混合料的影響，在實(shí)際生活中的影響也是非常值得關(guān)注的。

4 展望

瀝青混合料路面的使用越來越廣泛，如何在實(shí)驗(yàn)室利用更短的時間模擬瀝青混合料在自然情況下的使用情況，并且改善瀝青混合料的各個力學(xué)性能，增加路面的使用年限值得探索。

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Aging properties and mechanical changes of asphalt mixture

Yu Jing Shen Junan

(CenterforRoadEngineeringResearch,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215000,China)

Combining with the literature at home and abroad, the paper introduces the changing trend for the five dynamic performances including the high and low temperature performance, water stability performance, fatigue performance and stiffness modulus in the aging process, and sums up the contents in the aspect of the dynamics after the aging of the asphalt mixture.

asphalt mixture, dynamic performance, roadbed, aging level

1009-6825(2017)20-0119-03

2017-04-19

余 靜(1989- )，女，在讀碩士

U416.217

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