沥青软化点与路用性能探讨

2023-10-30 17:09:54   来源:沥青新世界   评论:0 点击:   字体大小:
软化点作为沥青评价的三大指标之一,对路用性能有多重影响。文章从沥青组分分析入手,探讨了软化点对高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能、抗老化性能、粘附性能、耐久性、水稳定性和抗滑性的影响,并提出相应的措施,提高路面施工水平。
沥青路面铺筑或者修复期间, 对沥青软化点的测定是必不可少的常规项目。我国在八五国家科技攻关的专题研究报告中,“重交通道路石油沥青技术”研究成果表明, 沥青的 PI 值能很好反映沥青的感温性, 采用由其推得的当量软化点 T80(排除沥青中蜡对软化点的影响) 作为沥青的高温稳定性质的关键性指标。
沥青是感温性材料,在不同的温度区间内沥青呈现各向异性,人们通常用沥青的软化点来表征沥青由固态向液态转变的温度,也就是沥青在运动作用下失去抗变形能力的温度。软化点试验方法有很多种,为了表征沥青的感温性质,各国学者分别提出了不同的感温性参数,我国采用世界上最广泛的环球法作为标准测定方法。

Q1

沥青各组分对软化点的影响


为研究沥青各个组分对软化点的影响,通常采用美国的L.W.科尔贝特四组分分析法:沥青质、树脂、芳香烃和饱和烃。其不同比例组成了不同的胶体结构,以沥青质为中心,胶质吸附在沥青质上形成胶束,整体作为分散相分散在分散介质中(芳香分和饱和分)。


众所周知,存在于饱和烃中的蜡(正构烷烃)对沥青的路用性能影响很大,特别是我国富产石蜡基原油的情况下,更是众所关注。蜡在高温时会使沥青发软,导致沥青路面的高温稳定性降低,出现车辙。同样,在低温时会使沥青变得脆硬,导致路面低温抗裂性降低,出现裂缝。此外,蜡会使沥青与石料粘附性降低,在水分的作用下,会使路面石子与沥青产生剥落现象,造成破坏,含蜡沥青会使沥青路面抗滑性降低,影响路面行车安全性。


组成沥青胶体体系的核心物质是沥青质,沥青质含量高,软化点高,针入度小,延度低。





Q2

路用性能影响


沥青路面的路用性能要求主要有:高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能、抗老化性能、粘附性能、耐久性、水稳定性和抗滑性。


2.1软化点对车辙的影响


由于行车荷载引起的车辙有两种,压密变形和塑性流动变形。

压密变形主要是由于行车的压力作用引起,沥青混凝土被压碎,通常伴随着体积垂直变化。塑性流动变形没有体积变化,只表现为沥青混凝土的横向流动,表现为轮迹带下陷两侧隆起。


为减少沥青路面的车辙,工程施工中应控制所选用沥青的软化点,一定要高于路面可能达到的最高温度,或者采取适当措施降低路面温度的方法。利用高软化点的沥青进行合理掺配,是提高沥青路面抗车辙能力的有效途径。


2.2软化点对路面老化的影响


沥青老化时组分之间发生转化,部分芳香烃会转化为树脂,同时部分树脂转化为沥青质,致使沥青质含量增加,沥青整体的平均分子量和芳香性增大,软化点上升。


沥青老化后,在物理力学性质方面,表现为针入度减小,延度降低,软化点升高,绝对黏度提高,脆点降低等。在化学组分含量方面,表现为饱和分变化甚少,芳香分明显转变为胶质,而胶质又转变为沥青质,由于芳香分转变为胶质,不足以补偿胶质转变为沥青质,所以最终是胶质显著减少,而沥青质显著增加,表现为软化点提高。




2.3软化点对高温稳定性的影响


沥青材料的高温敏感性用软化点表示。沥青材料在硬化点至滴落点之间的温度阶段时,是一种粘滞流动状态,在实际工程中,为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态,所以取温度间隔的87.21%为软化点。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,环球软化点仪测定,将沥青试样装入规定尺寸的铜环内,试样上放置标准钢球浸入水或甘油中,以每分钟5℃加热升温,使沥青软化下垂至规定距离时的温度。软化点越高,沥青的耐热性越好,即温度稳定性越好。


试验表明,当路面温度高于沥青混合料的软化点时, 沥青的粘结力会显著下降, 动稳定度随之下降。值得注意的是,当环境温度在沥青软化点附近时,沥青混合料的动稳定度将出现突变,即稳定值突然下降崩坍。路面温度是影响高温稳定性的主要因素,软化点起决定性作用,随着路面温度的提高,高温稳定性明显降低。


2.4软化点对路面黏弹性影响


沥青路面在低温瞬时荷载作用下,以弹性形变为主,在高温长时间荷载作用下,以黏性形变为主。劲度模量是表示沥青的黏性和弹性联合效应的指标。根据实际工程的劲度模量诺模图,需要有荷载作用时间或频率、针入度指数、温度差,即路面实际温度与环球法软化点之间的温差3个参数。可见,在适当范围内提高软化点,有利于路面弹性保持。





Q3

结论


正戊烷沥青质含量与沥青软化点之间存在简单的线形关系,其含量与抗老化性相关度很高,适当提高沥青质中的正戊烷含量可改善路用性能。


在沥青四组分中,沥青质对软化点影响最为显著,因为它具有更大的极性、平均分子量、杂原子含量和芳香性。




当温度超过沥青混合料高温抗变形的临界温度后,路面抗变形能力急剧下降。所以,可以根据工程项目的路面最高设计温度选择沥青混合料,也就是说,采用的沥青混合料的临界温度必须高于路面最高设计温度,通过掺配的方法改善工程现场的沥青软化点。


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