紫外光老化沥青混合料低温抗劈裂性能研究

从建国以来我国公路建设发展迅速，而且随着“八五”、“九五”期间战略重心的转移，国家加大了对西部投资的力度。近年来，在内蒙古、西藏等地区的公路工程大力开展起来，截止到2011年，内蒙古地区公路里程已经达到160995km，且广泛运用了沥青混凝土路面这些地区的特点是海拔高，昼夜温差大，主体日照时间长，太阳辐射能量大，太阳光谱中紫外光比例高，属于强紫外辐射地区。虽然紫外线的辐射深度很小，但是由于路面存在空隙，强紫外光对路面的影响可达到1cm左右，紫外光老化是沥青路面老化的一种主要形式。而且，我国大部分地区都受到强烈的太阳辐射的影响。从总体上看，全国各地的太阳辐射年总量达到335～837kJ/cm2，平均值为586kJ/cm2。从分布上看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射量很大。其中，青藏高原的辐射量大，其太阳辐射强度达到了816kJ/cm2;四川盆地则因为雨多、雾多则太阳辐射量居于全国低位。

沥青路面较水泥混凝土路面有连续性好、行车舒适、抗震性好、易修复、噪声低、施工方便等优点，在我国大部分地区广泛应用。但是沥青混合料在光、热、水、复杂气候、荷载作用等多种条件下其使用性能随时间逐渐降低，传统的研究只注重沥青材料老化研究，对沥青混合料的老化研究很少。并且沥青材料在沥青混合料的拌和、摊铺、碾压过程中以及以后沥青路面的使用过程中都存在老化现象。沥青混合料的老化使得沥青胶浆的柔性和与集料之间的粘附性能降低，沥青胶结料的脆性增加，导致沥青混合料在低温状态下抗劈裂性能下降，是沥青路面出现裂缝的重要影响因素之一。裂缝的产生，影响沥青路面的使用性能，降低沥青路面的使用寿命。

本文通过实验室加速沥青紫外光老化试验仪模拟沥青混合料在不同紫外光照和不同光照时间下沥青混合料老化，并且通过调整不同集料级配，不同油石比等配合比。研究了不同光照时间、不同级配和不同油石比下的紫外光老化沥青混合料的低温抗裂性能。

材料的基本性能

为了研究沥青混合料的紫外光老化的性能，除了具有紫外老化加速设备进行紫外光老化，还需要对紫外光老化试验的材料性质进行明确。本试验选择AC－13和AC－16沥青混合料的3种不同级配为S0、S1和S2型，并分别设置3种不同油石比，制作沥青混合料试件进行紫外光老化。

沥青材料的基本性能指标

本文采用SBS改性沥青。

集料的基本性能指标

本试验采用的集料是石灰岩。

试验方案

实验室模拟老化实验设备

影响因素

影响紫外光老化沥青混合料低温抗劈裂性能的因素主要包括:紫外光照时间、混合料级配、油石比。为了便于比较，应另外做出不进行紫外光老化的试件作为对照组。本文的目的是通过试验获取不同光照时间、不同级配和不同油石比的沥青混合料的低温抗裂性能，并分析这些因素对低温抗裂性能的影响。因此，本文需要能够对沥青混合料试件进行室内加速紫外光老化试验和低温劈裂实验，通过试验获取沥青混合料的低温劈裂强度。室内加速紫外光老化是通过自制的紫外光老化试验箱实现;沥青混合料的低温劈裂强度是通过万能试验机实现的。

室内加速紫外光老化

为了对沥青混合料的紫外光老化特性进行研究，需要进行紫外光老化模拟试验。本文采用的紫外光老化实验箱是紫外老化试验箱，采用1000W高压汞灯模拟紫外光，距离灯管60cm处的平均强度为200W/m2，明确某地区的紫外光辐射强度就可以进行室内紫外光老化照射时间的换算。本文采用紫外辐射比较强的内蒙Ⅰ区的紫外光年辐射量420MJ/m2，根据实验室模拟紫外光照时间=自然紫外辐射总量/实验室紫外辐射强度进行计算得到室内光照583h相当于自然光照1a。

沥青混合料劈裂实验

试件制备

对于进行低温抗裂性能试验的沥青混合料试件为标准的马歇尔试件，制作方法采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20－2011)中的沥青混合料试件制备方法(击实试验法，T0702－2011)制作劈裂试验试件。

试验方法

根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20－2011)中沥青混合料低温劈裂试验(T0716－2011)的试验方法。采用SANS微机控制电子万能试验机进行低温抗劈裂强度实验，使用万能试验机的高低温环境箱将箱内的温度降低至(－10±0.5)℃保温12h后在环境箱中进行劈裂实验，使用马歇尔稳定仪，在模具上下加上两根内侧半径R50.8mm，宽度为12.7mm的劈裂条，进行低温劈裂实验，试验加载速率为1mm/min。

评价指标

采用劈裂抗拉强度RT评价沥青混合料紫外光化前后的低温抗劈裂性能，劈裂抗拉强度公式采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20－2011)中的公式T0716－1。

不同光照时间对紫外光老化沥青混合料低温抗裂性能的影响

沥青混合料在紫外光老化后，劲度模量增加，在应变不变的情况下，内部应力增大，在低温状态下，内部应力容易超过其极限强度而发生断裂，因此沥青混合料的紫外光老化对于其低温性能的影响是不可忽视的。本文通过低温状态下对紫外光老化沥青混合料进行劈裂试验，来评价沥青混合料紫外光老化的低温抗裂性能。根据紫外辐射总量相等的原则，对沥青混合料进行室内加速紫外光老老化试验，研究沥青混合料随紫外光老化时间的增加。

老化前后进行沥青混合料低温劈裂实验，结果表明:①沥青混合料紫外光老化后，沥青混合料的坑劈裂强度性能降低，因为沥青在紫外光照射后其粘性降低，沥青和集料之间的粘结力减小，沥青胶浆的使用性能降低导致沥青混合料抵抗低温劈裂的性能下降;②随着紫外光照时间的增加，劈裂强度值趋于稳定。

不同级配对紫外光老化沥青混合料低温抗裂性能的影响

将沥青混合料试件根据不同的级配分为两组:一组未进行老化试验;一组进行连续4个月的紫外光老化实验，然后在低温状态下进行劈裂实验。老化前后进行沥青混合料低温劈裂实验，结果表明:

①在AC－13型级配中，AC－13S0型级配的沥青混合料的劈裂强度大，其紫外光老化前后的劈裂强度的变化值小，说明其受紫外光老化的影响小，S1型级配老化前后变化不大，劈裂强度大于S2型级配的劈裂强度，小于S1型级配的劈裂强度。因此从沥青混合料低温抗劈裂强度性能角度考虑，推荐使用AC－13S0型和AC－S1型级配沥青混合料，AC－13S2型级配的沥青混合料的劈裂强度值小，受影响大。

②在AC－16型级配中，AC－16S0型级配沥青混合料老化前后劈裂强度大，但是，其受老化影响大;AC－16S2的劈裂强度小。因此，从混合料低温抗劈裂强度性能角度考虑，AC－16型沥青混合料中佳级配是S1型。

③综合以上两种六组种实验数据，沥青混合料紫外光老化低温抗劈裂强度性能推荐级配是:AC－13S0型和S1型，AC－16S1型。

结果分析

①沥青混合料经过紫外光照射老化后AC－13几种级配的劈裂强度降低了9%左右;AC－16S1和S2型级配的沥青混合料劈裂强度降低了10%左右，S0型级配沥青混合料劈裂强度降低了12%左右。实验结果表明级配不同对于紫外光老化后沥青混合料低温抗劈裂性能影响不大，均在10%左右。

②在沥青混合料低温抗劈裂实验中，S0型级配的抗劈裂性能优，S0型级配组成按照沥青混合料施工技术规范中值级配附近，其低温劈裂值比其他级配低温劈裂值有大幅度提高，因此特别适合于强紫外线、年平均气温较低的地区。

③年气温平均值相对较低，年极端低温天气多，紫外光照强烈，车辆荷载大的地区，在进行上面层和中面层沥青混合料级配设计中适宜采用S0型级配的沥青混合料设计方案。