喻安鳳

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

瀝青路面服役期間，為減小瀝青老化對瀝青路面服役性能的不利影響，瀝青路面建設(shè)階段，可通過評估瀝青路面各結(jié)構(gòu)層老化性能，為瀝青路面道路養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)[1]。該文通過試驗的方法展開瀝青路面各結(jié)構(gòu)層老化性能及影響因素研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 瀝青的老化及再生機理

1.1 瀝青的老化

瀝青的老化是指從石油中提取的瀝青，經(jīng)過儲存、運輸、施工、運營等多種環(huán)境條件的影響，在熱、空氣、陽光、水等條件下，發(fā)生一系列不可逆的物理化反應(yīng)，從而改變?yōu)r青的物理性能[2]。瀝青路面的老化使其膠結(jié)強度和韌性降低，使其結(jié)構(gòu)變得堅硬、易碎，使路面出現(xiàn)裂縫、松散和脫落，影響路面的抗剪切和抗沖擊能力。與新的瀝青混合料路用性能相比，嚴(yán)重老化的瀝青混合料表現(xiàn)為粘稠度高和柔韌性差。導(dǎo)致瀝青老化的因素很多，如：瀝青中的輕質(zhì)成分的揮發(fā)、瀝青在陽光和空氣中的不可逆化學(xué)改變等。

1.2 瀝青的再生

舊瀝青的再生，在一定程度上是瀝青老化的反向過程。利用瀝青膠體學(xué)原理，研制出一種適用于瀝青再生的再生工藝，使其恢復(fù)到原有的穩(wěn)定狀態(tài)，具有優(yōu)良的道路使用性能，并投入到實際項目中。老化的瀝青可按生產(chǎn)工藝中的瀝青調(diào)和原則，在老化瀝青中添加新的瀝青。

通過加入低分子量的輕質(zhì)油料，可以彌補瀝青老化時所流失的輕質(zhì)成分，恢復(fù)溶液的穩(wěn)定性及使用性能。為能確?；旌虾蟮臑r青具有較好的穩(wěn)定性，也可以適當(dāng)添加新的瀝青。

2 試驗方案

（1）某瀝青道路原為雙向兩車道高速公路，道路服役10年后，因原有車道無法滿足道路交通需求，擴(kuò)建為雙向四車道，迄今該道路服役年限已達(dá)20年。

（2）瀝青道路瀝青老化性能試驗，通常采用“三氯乙烯溶劑”從瀝青混合料中抽提回收瀝青。

（3）試驗步驟：1）采用室內(nèi)試驗的方式，評價瀝青回收試驗可行性；2）采用抽提試驗回收路面不同斷面芯樣老化瀝青樣本；3）檢測不同交通量、空隙率、路齡瀝青針入度、軟化點、延度指標(biāo)，分析不同影響因素對瀝青老化性能的影響；4）瀝青老化性能對比試驗方案見表1。

表1 瀝青老化性能對比試驗方案

3 瀝青回收試驗可行性驗證

3.1 試驗方法

利用離心分離法開展瀝青抽提試驗，試驗步驟如下：

（1）取一定量的瀝青抽提液，注入已清洗干燥的旋轉(zhuǎn)燒瓶，將旋轉(zhuǎn)燒瓶置于離心分離器，保持離心加速度770 g以上，高速旋轉(zhuǎn)離心30 min。

（2）將經(jīng)離心分離處理的溶液置于蒸發(fā)容器，在6.67 kPa的負(fù)壓、（50±5）℃環(huán)境下中蒸發(fā)處理，析出溶液中的礦粉。

（3）蒸發(fā)試驗完畢15 min內(nèi)，提升蒸發(fā)器中溫度至（155±2）℃。

（4）分離試驗完畢后，設(shè)置離心分離器速率為1 000 mL/min，通入CO2氣體2 min，去除殘留的C2HCl3蒸汽。

（5）瓶中剩余殘留物即為回收瀝青。

3.2 方案可行性驗證

試驗中原始樣本為70#道路瀝青，用樣本1#表示，回收瀝青樣本用樣本2#表示，原始樣本與回收樣本針入度、軟化點、粘度指標(biāo)對比結(jié)果見表2。

表2 原始瀝青1#和回收瀝青2#的三大性能指標(biāo)試驗結(jié)果對比

由表2可知：

（1）試驗結(jié)果顯示，原始瀝青與回收瀝青軟化點變化率為1.8%，針入度變化率為2.2%，變化率均較小；年度變化率最大，為6.9%，仍處于允許變化范圍內(nèi)。

（2）原始瀝青與回收瀝青三大性能指標(biāo)變化率均處于允許變化范圍內(nèi)，表明離心法對回收瀝青性能影響較小，基本可以忽略不計。

4 瀝青老化性能評價及影響因素分析

瀝青道路服役期間，其老化性能除受材料自身老化性能影響外，也會受到所處自然環(huán)境作用影響，如環(huán)境水侵蝕、紫外線照射、周期性凍融變化等。為進(jìn)一步研究瀝青路面老化性能隨長期車載、瀝青混合料空隙率、道路服役年限變化規(guī)律，利用抽提試驗抽提案例道路代表芯樣中回收瀝青，檢測回收瀝青三大性能指標(biāo)，評價道路交通量、混合料空隙率、道路服役年限對瀝青老化性能的影響[3]。

4.1 交通量因素分析

通過試驗檢測表1中各道路結(jié)構(gòu)層回收瀝青樣本在不同交通量下的針入度、軟化點、延度指標(biāo)（表1中A、B、C代表不同交通流量）；試驗結(jié)論見圖1～圖3。

圖3 不同交通量狀況下瀝青路面各層的15 ℃延度

由圖1～3可知：1）道路服役10年后，各結(jié)構(gòu)層瀝青膠結(jié)料老化程度較輕；2）案例瀝青道路各結(jié)構(gòu)層回收瀝青料老化程度隨各結(jié)構(gòu)層深度增加而降低，道路面層中回收瀝青料老化最為嚴(yán)重，基層回收瀝青老化程度明顯降低；3）A斷面處瀝青路面交通量最小，該斷面處回收瀝青老化程度較高；B端面處瀝青路面交通量最大，該斷面處回收瀝青老化程度較低；該現(xiàn)象可能是因為高交通量會對瀝青路面進(jìn)行進(jìn)一步碾壓，致使瀝青路面混合料空隙率減小，延緩了瀝青老化。

圖1 不同交通量狀況下瀝青路面各層的針入度

圖2 不同交通量狀況下瀝青路面各層的軟化點

4.2 空隙率因素分析

（1）瀝青路面服役期間，瀝青混合料中有機成分與空氣中的氧氣反應(yīng)，瀝青中CH3基團(tuán)、CH2基團(tuán)、羧酸基團(tuán)產(chǎn)物不斷堆積增加，各種有機分子相互作用雜糅，形成復(fù)雜的高分子膠團(tuán)，致使瀝青硬度隨粘度增加而增大，影響瀝青道路路用性能，瀝青老化的根本原因是氧化反應(yīng)。

（2）依據(jù)案例瀝青道路交付驗收數(shù)據(jù)，檢測不同瀝青混合料空隙率攤鋪道路服役15年后回收瀝青性能指標(biāo)，結(jié)果見表3。

（3）由表3可知：服役15年后，攤鋪瀝青混合料空隙率為4%時回收瀝青三大性能指標(biāo)變化最小，空隙率為5%次之，空隙率為7%時回收瀝青基本性能指標(biāo)變化最大，其針入度減小約64%，軟化點增加約34%，表明瀝青混合料空隙率是影響瀝青老化性能的重要因素，該結(jié)果也為交通量較大斷面處回收瀝青老化程度較小的現(xiàn)象解釋提供了依據(jù)。

表3 不同空隙率瀝青混合料回收瀝青試驗結(jié)果

（4）基于以上論證，進(jìn)一步分析該道路2012年、2014年、2017年交通狀況及A、B和C斷面空隙率情況，2017年該道路A、B和C斷面各結(jié)構(gòu)層芯樣的空隙率檢測結(jié)果見表4。

表4 各斷面交通量狀況及不同層位芯樣的空隙率

（5）瀝青混合料配比、施工質(zhì)量控制效果、壓實效果、道路交通量、重載交通狀況、道路養(yǎng)護(hù)狀況、道路服役環(huán)境等均會對瀝青老化性能產(chǎn)生影響，試驗表明瀝青混合料空隙率是影響瀝青老化程度的直接影響因素。由表4可知：

1）隨道路車流量增加，瀝青路面混合料在車載作用下，空隙率隨之降低，且道路車流量越大，重載交通占比越多，道路空隙率減小速率越大。2）各試驗斷面交通量狀況為B斷面＞C斷面＞A斷面；瀝青路面上層結(jié)構(gòu)空隙率狀況為A斷面＞B斷面＞C斷面，中間層為A斷面＞C斷面＞B斷面，下層為C斷面＞A斷面＞B斷面，表明瀝青老化程度與瀝青道路車流量呈負(fù)相關(guān)，與瀝青路面鋪筑混合料空隙率呈負(fù)相關(guān)。

4.3 路齡影響因素

A、D斷面均為案例道路第一車道，下層均采用70#普通瀝青且交通量相近，故通過對比分析A、D量斷面回收瀝青性能指標(biāo)，研究瀝青路面服役年限對瀝青老化性能的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 老路瀝青的三大性能指標(biāo)

由圖4可知：

（1）D-下斷面回收瀝青軟化點、針入度指標(biāo)至介于A-上、A-下之間。

（2）道路服役20年后，下面層回收瀝青三大性能指標(biāo)參數(shù)基本無變化，瀝青老化程度受道路服役年限影響程度較小。

5 瀝青混合料抗老化性能的改善建議

基于上文揭示的各影響因素對瀝青老化性能影響程度規(guī)律，從以下兩個方面提出瀝青老化性能改善措施：

（1）優(yōu)化瀝青混合料結(jié)構(gòu)，瀝青混合料粗、細(xì)集料盡量選用吸水率較小的材料，增加瀝青道路攤鋪壓實度，降低混合料空隙率，減少瀝青膠結(jié)料與空氣接觸，延緩瀝青氧化[4]。

（2）摻入瀝青抗老化劑，改善瀝青材料特性。實踐證明，優(yōu)化瀝青混合料結(jié)構(gòu)可起到延緩瀝青氧化老化的作用，但無法從根本上解決瀝青混合料老化問題。向瀝青中摻入抗老化劑等改性劑的方式，可有效改善瀝青抗老化性能，提升瀝青道路耐久性、延長道路服役年限，且摻入瀝青改性劑等方式工程經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)異。

6 結(jié)論

該文以某服役瀝青路面為依托，針對瀝青老化現(xiàn)象進(jìn)行試驗，選擇70#基質(zhì)瀝青及回收瀝青進(jìn)行對比分析。主要分析結(jié)論如下：

（1）對比分析回收瀝青與原始瀝青針入度、軟化點、延度指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)回收瀝青針入度、軟化點、延度變化率分別為1.8%、2.2%、6.9%，瀝青性能各項基本指標(biāo)變化率均處于允許范圍內(nèi)，表明瀝青回收基本不會影響瀝青性能。

（2）瀝青道路服役10年后，各結(jié)構(gòu)層回收瀝青老化程度隨結(jié)構(gòu)層深度增加而降低，面層回收瀝青老化最為嚴(yán)重，但總體較輕；瀝青服役20年后，下面層回收瀝青三大性能指標(biāo)均無明顯變化，表明瀝青老化程度受道路服役年限影響較小。

（3）瀝青道路回收瀝青老化程度與瀝青道路交通量呈負(fù)相關(guān)，與瀝青道路空隙率呈正相關(guān)；瀝青道路車流量增加會增加道路密實性，減小空隙率，延緩瀝青膠結(jié)材料老化。

（4）道路建設(shè)階段，可采取優(yōu)化混合料結(jié)構(gòu)、摻入瀝青改性劑提升混合料抗老化性能。