紫外线老化试验机对沥青影响试验结果分析

一、紫外线老化试验机试验原材料
     紫外线老化试验机对薄膜烘箱老化和紫外线老化2种不同的老化方式,对沥青性能指标的影响基本一致,即针入度下降,软化点上升,延度下降,粘度变大。针入度下降和粘度变大,说明这2种老化都会使沥青的稠度变高。软化点上升,反映出沥青的高温稳定性变好。延度下降则说明了沥青的低温抗裂性能变差。经过薄膜烘箱老化后的3种沥青试样,再进行紫外线老化,其性能指标会继续变化,即针入度继续下降,软化点继续上升,延度继续下降,粘度继续变大。这说明紫外线对重交通道路沥青、SBR改性沥青和SBS改性沥青都具有明显的老化作用。
    紫外线老化试验机采用3种沥青:一种是重交通道路沥青,重交通90号(AH)90)沥青;2种比较常用的改性沥青:SBR改性沥青和SBS改性沥青。按照5公路工程沥青及沥青混合料试验规程6(JTJ052)2000)规定的试验方法,测定这3种原样沥青(未老化)的性能指标见表2。
二、试验结果分析
    为研究不同紫外线照射时间对沥青性能的影响,3种沥青分别进行了TFOT试验和5d、10d紫外线老化试验,并按照5公路工程沥青及沥青混合料试验规程6(JTJ052)2000)规定的试验方法,分别测定TFOT后沥青试样的性能指标(针入度、软化点、延度,粘度)和紫外线老化后沥青试样的性能指标。与原样沥青相比,TFOT后的沥青试样表面,无明显变化,但是紫外线老化后沥青试样表面已经炭化。
对比紫外线老化5d和紫外线老化10d后的试验数据可以看出,相同强度紫外线的照射下,老化时间越长对沥青性能的影响越强,但前5d的效果更明显,延度指标降幅较大。本课题的依托工程为高寒、高海拔、强紫外线地区的沥青道路工程,因此,应重点分析研究紫外线老化对沥青低温性能的影响。延度是衡量沥青低温性能的重要指标,沥青的延度越小,沥青路面的裂缝就越多。经薄膜烘箱老化后,AH)90沥青的10e延度从>150cm骤减为19m,SBS改性沥青的10e延度从79.5cm减为57cm,而SBR改性沥青的10e延度仍>150cm。这表明AH)90沥青的低温延展性对热老化敏感,而SBR改性沥青的低温延展性对热老化不敏感,这也是为什么经常用SBR改性沥青改善混合料低温性能的原因。对比TFOT后和紫外线老化10d后试样的10e延度,AH)90沥青的10e延度从19cm减为815cm,SBR改性沥青的10e延度从>150cm减为12.5cm,SBS改性沥青的10e延度从57cm减为22.5cm。这说明3种沥青中SBR改性沥青的低温性能对紫外线老化敏感,紫外线老化10d后(相当于野外老化一年),SBS改性沥青的低温性能好。另外,3种沥青紫外线老化10d后的10e延度分别为紫外线老化5d后的10e延度的77%(AH)90沥青)、78%(SBR改性沥青)、90%(SBS改性沥青)。这表明3种沥青中,紫外线辐射对SBS改性沥青的低温性能影响小。由于紫外线对沥青老化作用不可忽视,所以在高寒、高海拔、强紫外线地区,应综合考虑热老化和紫外线老化的影响。研究表明,受到2种老化的影响时,SBS改性沥青的低温性能优于重交通道路沥青和SBR改性沥青。

紫外线老化机理的初步分析
    沥青是由碳、氢、氧、硫、氮等元素构成的大分子有机物所物组成的。引起该沥青老化的主要原因是沥青分子中的活性基团与空气中的氧反应,生成以含羰基官能团的极性分子。由此可见沥青的老化会改变沥青分子的结构,而沥青表现出来的路用性能又取决于沥青分子的结构,从而沥青的老化就会改变沥青的性能。沥青的紫外线老化机理就可以用上述理论来解释。沥青分子吸收了紫外线辐射能以后,其分子间的结合键(分子间的结合力)就会断裂,沥青分子就生成了自由基,自由基又会和氧反应生成含羰基官能团的分子,终的结果表现为,沥青中羰基官能团的含量增加,也就是沥青中高分子量的组分(沥青指标对总目标的贡献及其相对于总目标的重要程度。根据QL的大小,本文将车辆随机动态荷载分为5级。
3结语
    运行于路面上的车辆随机动态荷载问题是一个多因素多指标问题,采用层次分析法(AHP)能够合理确定各指标的相对权重和组合权重。本文利用12个指标来定量评定车辆随机荷载模型,建立了恰当的荷载分级评定标准,能够较全面科学地考虑影响车辆动态荷载的主要因素,对于科学研究和工程实践有重要的参考价值。影响车辆随机动态荷载的因素非常多并且复杂,本文引入AHP法进行尝试研究,旨在建立一个随机荷载评定的基本框架。由于车辆随机荷载具有累积效应,所以对各指标的定量评定还有待进一步研究和深化。
紫外线老化对沥青影响试验结果
    分级标准的建立对于合理确定车辆随机动态荷载模型具有重要的意义。1级荷载属于*动载模型,需要对各指标都进行详细分析。2级以上荷载则根据级别可以逐次剔除一些非主要指标,只控制主要指标,如3级荷载主要考虑因素为路面的不平度、路面类型(刚度大小及竖向结构形式)、车辆载重情况(标载、超载或欠载)、车辆悬架结构形式(主动悬架、被动悬架或半主动悬架)、车速状况等;5级荷载则只要考虑路面不平度激励及车速状况即可。在实际分析中,可以利用本文提出的随机荷载分级标准及研究问题的需要,对影响车辆随机动态荷载的指标数量进行必要的取舍。根据所选取指标建立荷载模型之后,利用相关权重系数即可基本确定运行车辆随机动态荷载大小及模式。

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