溫度對瀝青針入度指標影響
更新時間：2018-08-26
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溫度對瀝青針入度指標影響
針入度指標是評價瀝青性質的關鍵指標之一，在瀝青路面施工過程中，瀝青要經過運輸、儲存、拌和成瀝青混合料等各施工環節，不可避免的要進行加熱。瀝青在加熱過程中必然伴隨著老化的發生，使瀝青的性質逐漸降低。通過室內試驗的方法尋求瀝青熱老化的規律，對科學指導施工具有重大意義。
石油瀝青是用石油經各種煉制工藝和加工而得到的產品。石油瀝青在常溫下是黑色或黑褐色的粘稠液體、半固體或固體。粘結性和防水性是瀝青被廣泛用作道路材料的主要原因。道路瀝青是一種典型的溫度敏感性材料，其稠度、勁度以及粘度性質隨溫度變化的而變化。關于瀝青感溫性能評價方法的研究，世界各國科研工作者已經作了大量的工作，并提出了許多表示瀝青感溫性能的評價指標，例如針入度指數指標、瀝青針入度-粘度指數指標、粘溫指數指標和等級指數指標，但是這些方法主要以針入度、軟化點等經驗性指標為基礎。
在熱、氧、光輻射、雨水等的作用下，瀝青的性質會發生質量衰減，把這種瀝青的質量發生的不可逆的變化叫做瀝青的老化。在老化過程中，瀝青的輕組分在逐漸減少，重組分在增加，導致瀝青稠度增加，針入度下降，其膠體結構也在變差。老化后瀝青的粘性、柔性等性質會出現劣化，導致瀝青混合料耐久性、水穩定性和低溫抗裂性逐漸降低。
1 瀝青老化的原因
引起瀝青老化的原因很多，1963年Traxler曾列出了瀝青老化的15條原因。根據Vallerga和Finn等人的長期研究，瀝青在瀝青混合料拌和、攤鋪、壓實及使用過程中的老化被認為主要與以下原因有關：
1) 氧化
氧化是瀝青與空氣中的氧發生反應，反應速度取決于瀝青的化學組成特性與受熱溫度，溫度越高，發生氧化反應的可能性和程度越大，反應結果使瀝青中的輕組分向重組分轉化;
2) 揮發
揮發是瀝青中的輕質組分在高溫情況下從瀝青中蒸發出來，瀝青的組分構成和膠體結構發生變化，結果使瀝青中輕組分減少，重組分雖然數量并沒有減少，但比例卻在升高，揮發現象多出現在施工階段;
3) 聚合
聚合為同類分子組合形成較大分子，引起不斷老化，結果使輕組分減少，重組分增加;
4) 觸變性
觸變性是由于在一定時間后瀝青膠結料內形成結構而發上的硬化，一般發生在路面使用過程中;
5) 瀝青組分離析
由于某些多孔性集料會選擇性地吸收瀝青中的某些成分，使瀝青的油分、樹脂或瀝青質的組分遷移。
影響瀝青老化的因素有：大氣、日照、溫度、雨雪、環境以及交通等因素。瀝青路面施工過程中的瀝青老化主要是熱老化。熱能加速瀝青分子的運動，除了引起瀝青的蒸發外，并能促進瀝青化學反應的加速，終導致瀝青技術性能降低。尤其在施工加熱時，由于有空氣中的氧參與共同作用，可使瀝青性質產生嚴重惡化。
2 針入度試驗
2.1 瀝青單質試驗
在進行關于瀝青紙入度指標的老化試驗之前，首先取大連西太平洋公司生產的90號瀝青根據《公路工程瀝青和瀝青混合料試驗規程》(JTJ052-2000)中規定的試驗方法進行瀝青單質材料試驗，此試驗數據作為瀝青性質的分析和老化評價的基本指標，瀝青性質試驗結果見表1.1。
2.2 瀝青熱老化試驗
為了驗證瀝青在一定溫度下的老化特性，試驗采用大連西太平洋公司生產的90號瀝青盛放在敞口的容器中，分別在130℃和170℃的烘箱中進行加熱保存，并在不同時間取出經加熱的部分試樣進行瀝青老化后針入度指標試驗，驗證瀝青在高溫情況下的老化情況，并建立老化溫度、時間和老化程度的相關關系。試驗結果見表2和圖1。
為得到瀝青在一定溫度下儲存過程中，針入度指標隨加熱時間的變化趨勢，對試驗數據進行分析，并繪制其相關關系圖，得到儲存時間和針入度之間的關系。
式中：P130—在130℃加熱條件下的針入度，0.1mm;
P170—在170℃加熱條件下的針入度，0.1mm;
—在相應溫度條件下儲存的時間，h。
2.3 試驗結果分析
基質瀝青針入度為93時，在130℃溫度條件下經過68h，針入度降到59，此時針入度比為63.4%，在170℃溫度條件下經過68h，針入度降到32，此時針入度比為34.4%，根據上述公式，130℃溫度條件下經過33h，針入度可下降到53，此時針入度比降到《規范》要求的A等級瀝青的57%;在130℃溫度條件下，在試驗歷時范圍內，針入度仍未下降到53，若針入度降到53，根據針入度下降的趨勢還需幾十個小時，證明在低于130℃溫度條件下，90號瀝青可適當延長的儲存時間。
1) AH-90瀝青在高溫狀態下儲存時，隨著儲存時間的延長，瀝青老化越來越嚴重，開始階段老化較快，隨著儲存時間的延長，老化趨于緩慢。
2) AH-90瀝青在高溫狀態下儲存時，隨著儲存溫度的升高，瀝青老化越來越嚴重。
3) AH-90瀝青在130℃高溫狀態下儲存時，針入度在儲存11h時出現拐點，老化趨于緩慢。
4) AH-90瀝青在130℃高溫狀態儲存時，可儲存較長時間瀝青仍可使用。
5) AH-90瀝青在170℃高溫狀態下儲存時，針入度在儲存10h時出現拐點，老化趨于緩慢。
6) AH-90瀝青在170℃高溫狀態下儲存時，不應過15h。
3 結論
瀝青老化的原因主要有三條：瀝青中輕組分(油分)的揮發;與空氣中的氧反應，使瀝青的組分發生變化;瀝青分子結構產生觸變為組導致瀝青硬化。雖然施工過程中瀝青一般在較密閉的容器中高溫儲存，與氧氣接觸有限，但是瀝青中輕組分的揮發和瀝青分子結構產生觸變導致瀝青硬化仍不可避免，因此應盡量縮短高溫儲存時間并減少重復加熱的次數。瀝青的高溫儲存溫度宜不過150℃，時間宜不過15h。
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