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沥青及沥青混合物老化机理研究

类别:新闻动态 文章出处:未知发布时间:2021-12-27 11:55 浏览人次:


沥青道路硬化的不利影响最早在十九世纪被道路工程师们所认识,并在过去70年里得到了广泛的研究。这种硬化过程,也称作沥青老化,通常定义为沥青粘结剂/混合料在施工和使用寿命期间由于化学成分的变化而引起的流变性能的变化。老化导致沥青材料变硬并脆化,这会影响其耐久性并增加了材料开裂的可能性。

沥青是世界上使用最为广泛的路面材料。全世界每年生产的沥青中大约95%应用于铺设路面。沥青扮演了胶黏剂的作用,它将矿物集料粘连在一起形成了沥青混合料,也被称作沥青混凝土。在巴比伦国王纳波拉萨(公元前625-604年)时代,亚伯拉罕提到了沥青在道路建设中的首次使用。然而,沥青基本上从道路施工中消失了,直到欧洲发现了天然沥青,这才开启了这种材料的现代应用进程。从19世纪50年代起,沥青铺筑的道路在欧洲开始使用。道路工程师观察到温度与沥青的稠度有很强的关联性,并且很快意识到出现在混合,施工和运行过程中的沥青的硬化或者老化现象会影响沥青的路面性能。

 
 
沥青路面老化开裂
 
 
 
沥青粘结剂的老化发生在沥青混合料的生产过程中,以及在使用过程中暴露在周围大气环境中。当沥青混合料在非常高的温度下生产时,老化的第一阶段以非常快的速度发生。这个阶段通常被称为短期老化。在这一阶段,一层非常薄的沥青薄膜在高温下暴露在空气中,导致沥青粘合剂的流变性能发生显著变化。这种变化表现在高粘度和增加的硬度。第二阶段的老化发生在沥青作为在役路面结构长期暴露在相对较低的温度中。硬化速度取决于混合料的空隙含量和周围环境。图中显示了未改性沥青的典型硬化响应。由于短期老化(阶段2),沥青粘结剂的黏度有一个跳跃,而随着时间的增加,黏度有一个较低的恒定速率的线性增加(阶段2)。阶段2代表长期老化导致的硬化。
 
 
沥青老化的典型响应曲线
 
 
 
影响沥青老化的因素有多个。外部因素包括短期老化时的植物类型、混合温度、罐内贮藏时间及长期陈化时的工程现场条件(例如温度、紫外线、降雨)和老化时间。老化的速率和程度还取决于混合料的性质,如沥青的油源和种类、集料级配和吸收、空隙含量、渗透性以及集料上的沥青粘结剂膜的厚度。

老化会引起沥青混合料性能的多种变化,这些变化反映在沥青路面的性能上。实验研究结果表明,老化降低了沥青粘结剂的延度和针入度,提高了软化点和闪点。最终,沥青的粘度增加,成为更加硬化的沥青混合料。如图3所示,中东地区实体工程在5年的使用过程中,粘度增加了10倍。
 
 
 
沥青混合料老化对粘度的影响
 
 
 
在力学性能方面,由于老化沥青的刚度模量也有所增加。根据不同的沥青类型,增加幅度最多可达4倍。这可能导致沥青混合物在低温下变得过于坚硬和脆性,容易导致崩裂和疲劳开裂。老化也可能使混合物比在耐磨性和抗水损害方面比原来的混合物更不耐用。因此,沥青层的耐受性降低导致许多在役公路和机场路面过早失效。
 
 
 
 
 
 
 
 
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