沥青混合料老化后性能变化规律研究论文

沥青混合料老化后性能变化规律研究摘要：本文分析了不同的老化时间和粗集料含量对沥青混合料高温性能的影响研究，通过在试验室模拟了沥青混合料的短期老化和长期老化，利用车辙试验对比了短期老化后长期老化前后沥青混合料的高温性能变化，同时考虑了级配中粗集料含量的变化对沥青混合料高温性能的影响。

试验结果表明，短期老化可以一定程度提高沥青混合料的高温性能和低温性能，粗集料的含量越大，其高温性能越好，低温性能越差。

关键词：道路工程；沥青混合料；老化；高温性能；低温性能中图分类号： u41 文献标识码： a 文章编号：前言高速等级公路沥青路面设计使用寿命一般为15年，但实际竣工投入使用后，有的在短短的几年就需要大面积维修和养护，青路面使用寿命较短，除了与混合料的自身性质好坏有关外，与其耐老化性能有着很大的关系，因此对沥青及沥青混凝土路面的老化问题的研究显得尤为重要，对提高路面质量和寿命具有重要意义。

内蒙古地区的温差较大，地区环境负责，其对沥青路面的作用明显，对沥青和沥青路面的老化作用更加剧烈。

因此，进行沥青和沥青路面的老化性能研究和评价显得尤为重要。

虽然国内外也对沥青混合料的老化问题进行了研究，但由于试验的复杂性及相关的研究较少，目前多关注的是沥青混合料短期老化后的性能，而对沥青混合料长期老化后的性能变化如何研究较少。

本文通过对沥青混合料进行短期老化和长期老化，并研究沥青混合料老化后的高温性能变化。

1 试验材料及级配设计1.1 原材料沥青作为胶结料对各种集料和填料具有粘结作用，了满足和提高道路的使用标准逐渐的开始采用改性沥青。

为此本试验选用了sbs改性沥青作为粘结材料。

粗集料是路面材料中的主要承载体，需要其有足够的强度，所以可以选用一些强度高、棱角性较好的矿料；而细集料做为粗集料所形成的骨架的填充者，其棱角性要求也较高。

粗细集料为玄武岩，本文试验的集料选用的是玄武岩集料，填料选择的为硅酸盐水泥，沥青、集料及填料原材料均符合现行规范的要求。

1.2 沥青混合料的老化试验试验时选用的级配为ac-13级配，为了研究粗集料骨架效果对沥青混合料的高温性能的影响，适当增大粗集料的通过率，并在此基础上确定其对应的最佳油石比。

本文分析时，粗集料的通过率由小到大分别即为60%，64%和68%。

沥青混合料的短期老化试验在沥青混合料拌合后，将其铺在容器上，放入烘箱内进行老化，烘箱的温度设定在160℃，即场拌合时的拌合温度，而后按设定的老化试件进行短期老化，本次试验的短期老化时间设定为2小时，6小时、8小时和12小时。

老化过程中保证沥青混合料能够加热均匀，即老化程度均匀。

长期老化试验是将沥青混合料置于85℃烘箱内进行长时间的加强老化，在长期老化前，考虑实际的沥青混合料均存在短期的老化现象，因此，先将长期老化的沥青混合料进行2小时的160℃环境下的短期老化。

1.3 试验方法当前可以用来评价沥青混合料高温性能和低温性能的试验方法有很多。

而在试验方法的选择上，尽可能选用实用有效且对沥青混合料的高温性能真实反映的试验方法，该方法应与实际有良好的相关性及模拟性，同时还应考虑试验费用、试验的技术要求等实际问题。

本次沥青混合料的高温性能试验采用车辙试验方法，试验的级配粗集料通过率为60%。

试验前沥青混合料经过短期老化后，立即制备成车辙板试件；长期老化试验后，将沥青混合料先升温至160℃，而后成型车辙板试件。

车辙试验温度为60℃，荷载为0.7mpa，利用动稳定次数标准沥青混合料的高温性能。

动稳定度（ds）表征压力轮在试件上行走并产生1mm形变量是的行走次数。

低温试验采用mts万能试验机对马歇尔试件进行低温劈裂试验，整个试验可以通过计算机来进行控制，试验数据由计算机自动进行记录。

规定要求用劈裂试验检验沥青混合料的抗低温性能时，试验温度应设置为-10℃，试验加载速率为 1mm/min。

本试验采用标准马歇尔试件，所以试验选用宽度为12.7mm，内侧曲率半径为 50.8mm 的压条。

本试验采用劈裂抗拉强度来评价沥青混合料老化后的低温抗裂性能。

2 试验结果分析2.1 老化时间对沥青混合料高温性能影响将进行过短期老化和长期老化的沥青混合料制备为车辙板试件后，对其进行车辙试验，计算其动稳定度。

其试验结果如表1和图1所示。

表1 老化时间对沥青混合料高温性能影响图1 老化时间对动稳定度影响ac13 的动稳定度都随着老化时间增加而逐渐增大，这表示沥青混合料随着老化程度的逐渐加重，其劲度也不断增大，而混合料劲度的增加对抗车辙性能的提高是有利的，故其动稳定度也随之增大。

对其稳定度的增长趋势进行分析可知，在短期老化8小时之前，沥青混合料的动稳定变化较为稳定，表明该段老化过程是非常平稳的。

但在短期老化8小时后，沥青混合料的动稳定度出现了明显的变化，动稳定度存在显著的增加。

短期老化试验结果表明沥青混合料的短期老化存在着性能的转折点，在8小时的老化内，沥青混合料的高温性能平稳增加，但在8小时后，沥青混合料的高温性能急剧升高。

这表明8小时的短期老化是沥青混合料性能的转折点，虽然其高温性能得到了提高。

但其他性能可能也在这时刻存在突变，需要后期引起注意。

与原状沥青混合料相比，沥青混合料经过长期老化后，其动稳定次数明显升高。

其动稳定度次数较原状沥青混合料增加了4倍左右，其较2小时短期老化的沥青混合料动稳定度次数增加了1.5倍，但长期老化后的动稳定度远小于短期老化12小时，仅为其0.5倍左右。

表明长期老化虽然也可一定程度上提高沥青混合料的高温稳定性，但由于其老化时间过长，沥青的性质发生了严重老化，导致其粘附性不足，从而一定程度上影响了其高温性能。

动稳定度和综合稳定指数的值越大说明混合料抗车辙能力越好，但对该现象是否说明，在12h的时候沥青混合料由于经受过度老化而使沥青粘性基本丧失，导致沥青混合料整体结构已经松散破坏，还需要通过低温稳定性和水稳定性的试验结果分析后方可定论。

2.2 粗集料含量对沥青混合料高温性能影响试验发现，无论是短期老化还是长期老化，三个级配混合料中粗集料所占的比例及对老化后沥青混合料的高温稳定性能有着很大的影响。

试验结果如表2所示，表中短期老化仅考虑短期老化12小时。

表2 粗集料含量对沥青混合料高温性能影响图 2粗集料含量对沥青混合料高温性能影响动稳定度都是随着粗集料含量的增加而逐渐增大，而相对变形率是随着粗集料含量的增加而减少，因为在高温环境下沥青混合料是依靠级配骨架来起作用，而粗集料含量的增加有利于粗集料骨架的形成，同时粗集料的增加也同时有利于沥青混合料的老化作用，过度老化会使沥青混合料的变形量减小，进而使沥青混合料老化后的动稳定度和综合稳定指数快速增大，即同等老化条件下沥青混合料中粗集料含量增加，使其抗老化性能降低，抗变形能力增加，老化后的抗车辙能力相对提升。

随着老化时间的增加沥青混合料的老化程度越来越严重，并且由于一些因素的影响导致其老化的严重程度都有所不同，老化会使沥青混合料逐渐失去粘性，减小了矿料之间产生流动性位移的可能性，也是就由于沥青混合料的劲度增加变形量减小导致其抗车辙能力的提高。

2.3老化时间对沥青混合料低温性能影响沥青路面对温度的敏感性尤其是低温抗裂性能一直是全世界各国学者难以攻克的问题，尤其是在北欧、加拿大以及我国的北方地区。

这些地方冬天气温一般都在零下 20℃以下，很容易使沥青变脆变硬，再加上汽车荷载的交替作用就会出现很多裂纹。

表3 老化时间对沥青混合料低温性能影响图3 老化时间对沥青混合料低温性能的影响有表中可以看出沥青混合料经过不同阶段的老化后，沥青混合料劈裂抗拉强度随老化时间的延长成增长趋势。

在2h处沥青混合料的劈裂抗拉强度相对于原状沥青混合料的增长幅度较小，而在4h 处的劈裂抗拉强度相对于2h同比增幅较大，这说明沥青混合料在经过2h的老化程度不是很明显，在此老化时间内不会对沥青混合料的低温性能有过大的影响。

从老化时间后沥青混合料的劈裂抗拉强度曲线走向基本为上升状态，这说明沥青混合料经过老化后，其试件劲度不断增大，抗变形能力也不断增强，而通过大量研究发现，劲度的增加对沥青混合料的低温抗裂性能是不利的，此时试件的松弛应力能力在逐渐降低，当试件处于低温环境时，经过老化的试件基本上不能松弛温度应力，从而导致四个级配的劈裂抗拉强度会不断上升。

2.4 粗集料含量对沥青混合料低温性能影响通过试验发现，在长期老化后沥青混合料的劈裂抗拉强度均有所增大，而在 0h～12h过程中却均有先升后降的现象出现，由于降低部分可能由于过度老化导致试件结构性破坏导致的，所以暂不考虑，先对数据上升时间段进行分析。

骨架类型影响着沥青混合料老化后的低温抗裂性能。

从试验数据和关系曲线中可以看出，对于sac沥青混合料来说其劈裂抗拉强度都程上升趋势，表4 粗集料含量对沥青混合料低温性能影响图4 粗集料含量对沥青混合料低温性能影响由于混合料经过老化后，会导致沥青结合料的粘度降低，其去矿料的结合能力降低，在低温环境时混合料的刚度会有很明显的提升从而导致劈裂抗拉强度会不断增加。

但由于粗集料含量的不同，及其的老化程度不同，使沥青结合料和矿料的粘附能力有所不同。

同时试验发现，三个级配中的粗集料含量较多，经过老化后的低温劲度较大，沥青混合料劲度的增大在一定程度上会使低温抗裂性能降低，即随着粗集料含量的增加，细集料含量的减少，沥青混合低温性能会降低，即粗集料含量对沥青混合料老化后的低温抗裂性能有很大的影响。

从前面的分析可以看出，老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响是是很大的。

沥青混合料属于分散体系，并由矿质集料颗粒之间的内摩阻力或嵌挤力、沥青与集料之间的粘结力以及沥青的内聚力形成沥青混合料的强度。

经过高温老化后沥青中很容易形成较多的极性分子，而这些极性分子很容易与空气中的氧气发生化学反应，导致沥青结合料的粘度降低与矿料的粘附能力减弱。

在低温环境下，老化后的沥青混合料刚度增加明显，弹性变形能力不断减弱，并且沥青由于老化产生的极性分子会形成紧密的网状结构，同时伴有较为明显的收缩现象，从而使沥青混合料的整体受力发生变化，影响沥青混合料老化后的低温抗裂性能。

结论本文对沥青混合料老化后的高温稳定性做了相关的试验研究，首先对沥青混合料的老化试验方法进行了研究，在此基础上，利用车辙试验对其老化前后的高温稳定性进行了研究，结果表明：沥青混合料的短期老化对抗车辙性能的提高是有利的，但长期老化后，其高温性能虽有部分提高，但其性能仍有衰减。

同时试验表明粗集料的含量越大其车辙性能越好。

对于其低温性能而言，当刚开始老化时，老化的沥青混合料的低温性能逐渐升高，但当老化时间过长时，其沥青混合料的低温性能呈现衰减趋势，表明老化对沥青混合料的低温性能有明显的影响。

同时试验发现，粗集料的含量越大，其低温性能越差。