熱拌瀝青混合料的施工過程,實際上瀝青將經歷多環節的熱老化過程,通常稱之為熱老化。瀝青混合料熱老化是一個逐漸或反復發生的過程,其本質是瀝青的熱老化,它的老化程度直接影響瀝青路面的使用性能和耐久性。
什么是熱拌瀝青混合料早期老化
熱拌瀝青混合料早期老化是瀝青混合料生產過程中造成老化現象。通常是指瀝青熱態運輸、儲存、加熱升溫以及拌和過程中引起的瀝青或集料表面瀝青膜老化問題,主要表現為瀝青混合料色澤干澀暗淡、粘結性差或失粘,碾壓時無法成型、混合料松散、出現嚴重推移、開裂及明顯裂紋現象。這種老化,一般由于溫度、時間、施工設備故障及工序安排等因素導致,也可稱之為人為熱老化。
瀝青存儲、運輸過程的熱老化
瀝青從煉油廠煉制出來,一直存儲在保溫瀝青罐內,運到工地,使用時將瀝青加熱至輸送溫度,然后降溫儲存,使用時再進行加熱。這一過程瀝青存在反復加熱輸送、保溫運輸及儲存等,由于高溫加速分子變化,瀝青的輕質油分不斷揮發,使瀝青變硬變脆,粘結性降低;另外,瀝青存儲罐或管道易與空氣接觸部位,容易產生一些聚合反應、氧化反應。
然而,一般在密閉的瀝青灌中,瀝青與加熱源、空氣接觸的面積較小,所以這個階段的老化并不嚴重。試驗證明,如果瀝青是被密閉封存的,并且不再反復加熱,以冷態儲存,可以儲存許多年也不會有明顯的老化。
拌和過程中的熱老化最嚴重
瀝青在拌和機內與熱礦料混合,礦料溫度一般高達160℃~190℃,直接影響到瀝青的氧化和組分揮發。拌和過程中,瀝青以薄膜狀裹覆到集料表面,薄膜厚度較小,在高溫及與氧氣直接接觸必然導致老化。一般來說,拌和溫度越高、瀝青用量越少、瀝青膜越薄,瀝青的熱老化也越嚴重。除了加熱溫度影響外,拌和時間、瀝青用量、集料含水量大也會導致拌和過程中瀝青熱老化。
通常,普通瀝青混合料出廠溫度145℃~155℃,改性瀝青出廠溫度165℃~170℃,橡膠改性瀝青175℃~180℃,夏季高溫或下承層地表溫度較高、運輸車輛保溫措施到位時,可適當降低出料5℃~10℃,只要攤鋪現場滿足最佳碾壓溫度需要,出料溫度越低越有利。如果拌和過程中出現大量煙霧,那就必須核實是不是溫度過高了。
運輸過程中的老化也不可忽視
通常,熱拌瀝青混合料拌和完成立即裝車運輸,運輸車輛采用覆蓋保溫措施已達成共識,保溫效果也十分明顯。施工過程中,因拌合站位置安排不合理,導致運距過大,采用提高瀝青混合料的出廠溫度來彌補溫度損失是不可取的。一般情況下,完善料車保溫設施、加強交通保障和工序銜接是最佳選擇,盡量減少料車長時間運輸或現場長時間等候,另外在運輸過程中應加蓋篷布,減少與空氣的接觸。這對降低瀝青混合料長時間高溫狀態而導致的瀝青膜老化至關重要。
哪些工況下瀝青容易出現人為熱老化?
——瀝青自身質量出現問題
——運輸、存儲及使用過程供應環節多,現場頻繁的反復加熱
——運距較遠、時間長,人為增加瀝青或瀝青混合料出廠溫度
——汛期、雨季頻繁出現停工、復工時
——集料含水量過大,集料加熱溫度過高
——瀝青存儲罐、輸送管道、拌和樓溫控計量不準
——工序銜接不緊促,前后場協調不到位
——瀝青、集料加熱方式(推薦采用天然氣加熱方式)
——瀝青存儲或拌和設備故障導致
——其他管理問題或不可預料因素
哪些技術措施可以減少瀝青熱老化?
——根據瀝青及混合料類型,確定最佳粘度—溫度曲線,選定最佳施工溫度。
——加強瀝青的短期老化(STOA)、長期老化(LTOA)及旋轉薄膜烘箱老化(RTFO)試驗,及時判斷瀝青老化試驗指標波動情況。
——適當降低瀝青混合料拌和、出廠溫度,盡量縮短瀝青混合料高溫儲存時間,避免混合料運輸距離太長,或因拌和設備生產能力與攤鋪設備不匹配造成長時間等料現象。
——加強現場管理,使熱拌瀝青混合料各工序銜接緊密,安排合理,加強巡查,及時發現,立即采用補救措施,避免造成更大的損失。
——采用瀝青溫拌劑,DWMA-S型瀝青溫拌劑為一種黃褐色表面活性劑,在集料表面形成的結構性臨時水膜實現潤滑溫拌作用,推薦用量為瀝青質量的0.3~0.5%,可使熱拌瀝青混合料的施工溫度降低20~30℃。
——添加抗氧化材料等。
瀝青早期熱老化對路用性能的影響
綜上所述,熱拌瀝青混合料早期老化問題是可控的,如果不及時采取措施,直接加重瀝青路面使用過程中的老化。瀝青老化后,瀝青混合料的高溫穩定性能有一定提高,但其水穩定性能和低溫性能均有降低,對路面耐久性有明顯影響。
瀝青混合料老化主要是瀝青的老化,瀝青老化導致混合料的極限應變減小,應力松弛能力下降,瀝青與集料的粘附性降低,導致瀝青混合料的粘結力下降,低溫抗裂性能不足,導致疲勞裂縫出現。而裂縫一旦出現,破壞層間的連接狀態,在荷載和水的作用下,更容易產生松散和剝落現象。這樣不僅加劇了瀝青路面水損壞的發生,而且導致路面承載力下降,極大的縮短路面使用壽命。
瀝青路面使用期老化規律
瀝青路面使用期老化,主要是由于瀝青與大氣中氧的反應及分子結構的變化。長期使用過程中,由于受到各種自然因素,特別是在水分、紫外線、氧氣以及車輛荷載的作用,使瀝青混合料產生許多復雜的物理、化學變化,瀝青漸漸老化而硬化,最終路面開裂、松散損壞。瀝青混合料使用過程中瀝青的老化是一個漫長而復雜的過程,但也表現出一些共同的規律:
①由于揮發或集料的吸收使低分子油分含量減少,
②由于同大氣中的氧發生反應使瀝青的化學結構發生變化,
③分子間形成可導致觸變效應的結構(位阻硬化)。
④瀝青路面在使用早期針入度急劇變小,其后繼續變小,但趨于緩和。
⑤瀝青混合料的空隙率是影響瀝青老化的主要因素。
⑥瀝青混合料集料表面瀝青膜的厚度對混合料的老化有很重要的影響。
⑦瀝青路面中不同部位的瀝青老化程度有明顯差別的。
⑧瀝青路面老化主要是氧化的結果,在較高溫度(熱氧化)和紫外輻射(光氧化)存在下加速。
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