2022-01-18
 
昆仑沥青抗老化性能研究
2022年01月18日   阅读量:17573

摘  要:对四种昆仑沥青进行了抗老化性能研究,主要通过RTFOT试验、PAV试验模拟高温老化,通过UV试验模拟高辐射紫外老化;以沥青三大指标试验、MSCR试验评价其各老化阶段的性能并以红外光谱试验分析其对应的微观变化。


一引言一


沥青老化主要分为三个阶段:运输、贮存与加热过程中的老化,拌合与摊铺过程中的老化以及路面使用过程中的老化。[1]沥青在拌合以及摊铺过程中,由于受热致使其内部的轻质组分挥发,同时沥青在高温下与空气接触,导致其发生快速氧化反应沥青网sinoasphalt.com。而在沥青路面使用过程中,由于长期暴露在自然环境下,受到水分、氧气、紫外线等因素的长期耦合作用,沥青发生缓慢老化,致使其流变特性发生根本变化,影响路面的安全性与耐久性。[2-3]本研究利用室内标准老化试验模拟沥青老化,采用相应的化学组分、流变特性的表征手段分析昆仑沥青老化前后多尺度的性质变化以更为深入探究沥青的老化作用机理,为沥青提高抗老化性能以及再生与回收等提供科学合理的参考依据。


一实验部分一


试验选用中燃油公司生产的70#、90#基质沥青以及I-C、I-D改性沥青等四种不同种类的昆仑沥青,其基本性质分析如下:

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

采用旋转薄膜烘箱试验法(RTFOT)以模拟沥青短期老化过程;采用压力老化容器(PAV)模拟沥青长期热氧老化;采用人工强紫外线光源环境箱来模拟沥青紫外老化;采用红外光谱分析老化前后沥青的官能团特征;采用多应力重复蠕变试验(MSCR)分析老化对沥青高温性能的影响。


一结果与分析一


老化前后沥青的常规性能


对四种沥青经过不同类型老化前后的针入度和软化点进行对比分析,如图1和图2所示。

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com


由上图可以看出热氧老化和紫外老化后沥青的常规指标总体变化趋势均为针入度下降,软化点升高。这表明沥青经老化后,硬度、粘度提高,高温性能得到进一步的提升。针入度反映了沥青的粘稠程度,主要反映沥青的高温性能。不同等级的沥青,其针入度有不同程度的降低,说明其抗老化能力存在差异。PAV老化后,不同沥青针入度差异明显减小。软化点也是用以表征沥青高温性能的指标。由图2可知,在PAV老化后,软化点增加幅度不同,表现了沥青抗老化性能的差异。不同老化类型对沥青常规指标影响大小为:PAV>UV>RTFOT。此外,改性沥青的常规指标变化幅度要明显小于基质沥青,说明其抗老化性能更好。


红外光谱分析


对四种沥青经过不同类型老化前后的红外光谱图进行了分析,如图3所示。

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

由图3可知,对于基质沥青而言,RTFOT和PAV老化后沥青的红外光谱曲线与原样基质沥青在特征峰位置基本相同,但热氧老化后沥青红外光谱图在1030cm-1位置处峰面积有所增加,定性地表明在沥青老化过程中含硫官能团与氧发生化学反应生成极性官能团亚砜基,影响沥青宏观路用性能。紫外老化相比热氧老化而言,在1700cm-1位置处峰面积有所增加,定性地表明羰基数量增加,说明其老化更加严重。对于SBS改性沥青而言,966cm-1和699cm-1位置处特征吸收峰吸收度逐渐降低,经过PAV后几乎消失,这是由于老化会导致聚丁二烯中的双键发生断裂所致。表明老化不仅导致沥青成分改变,还会导致SBS改性剂降解,网络结构发生破坏,对沥青化学结构组成产生重大影响。


老化前后沥青的粘弹性


对不同类型老化前后的沥青样品进行了多应力蠕变恢复试验(MSCR),以评价不同沥青老化前后高温稳定性,结果分析如表2所示。

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

如表2所示,SBS改性沥青的变形恢复能力明显高出基质沥青,而且老化对基质沥青应变恢复率的提升有较强的影响,对SBS改性沥青影响较弱,表明SBS改性沥青的抗老化能力较强。随着老化程度的加深,沥青R指标逐渐增大而Jnr逐渐降低,表明随着老化程度的加深,沥青的应变恢复率在不断提高,说明老化可以促使沥青内部粘性组分向弹性转变,这是由于老化导致了沥青内部羰基、亚砜基等极性化学官能团含量的增加以及分子量的提高,致使沥青刚性增加,在外力作用下大多只发生化学键的转动以及分子的解缠,而分子间提的滑移减少,从而使沥青在一定的时间内得到恢复原始状态,提高了其应变恢复率,提高了其抗车辙水平;此外,高应力水平通常会降低R指标而增大Jnr,从而更易产生永久变形。同时数值显示,改性沥青的Jnrdiff远大于基质沥青,SBS改性沥青的Jnrdif可达到140%以上,这表明改性沥青应力温度敏感性远高于基质沥青。[4]


沥青高温性能评价指标研究


本研究将针入度、软化点与不可恢复蠕变柔量Jnr进行相关性分析,以明确工程应用中应重点关注的高温性能指标。

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com


由图4可知,针入度与软化点相比,软化点与不可恢复蠕变柔量Jnr相关性较好。因此,在Superpave指标体系更反映实际性能的前提下,工程应用中对昆仑沥青高温性能的控制应更注重软化点指标的把关。


一 结论一


沥青老化后常规指标总体变化趋势均为针入度下降,软化点升高,不同老化类型对沥青常规指标影响大小为:PAV>UV>RTFOT;

紫外老化相比热氧老化而言,在1700cm-1位置处峰面积有所增加,定性地表明羰基数量增加,说明其老化更加严重;

与针入度相比,软化点与车辙因子G*/sinδ、不可恢复蠕变柔量Jnr相关性更好。因此,在工程应用中对昆仑沥青高温性能的控制应更注重软化点指标的把关。

昆仑沥青抗老化性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国沥青网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。邮箱:23341571@qq.com,客服QQ:23341571