沥青路面抗紫外老化性能延衰技术研究

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随着我国西部公路建设进入高质量发展阶段,对沥青路面的使用寿命提出了更加严格的要求。西部地区具有紫外辐射强、日照时间长、昼夜温差大等极端气候特点,其波长辐射能量与沥青分子键能相近,而长期老化作用会破坏沥青键能,导致沥青内部结构由胶体转变成固体,在天气等条件影响下加速沥青路面裂缝、车辙等病害的形成,从而劣化沥青路面的服役寿命。基于此,有效控制沥青路面紫外老化行为及性能劣化,对于实现沥青路面的长寿命化发展具有关键意义。针对紫外老化引起的沥青路面性能劣化问题,本文优选Tinuvin770(T770)和Tinuvin622(T622)光稳定剂,以及聚酰胺6(Polyamide 6,PA6)、丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(Acrylate styrene acrylonitrile,ASA)延衰改性剂作为研究对象,通过延衰改性工艺将普通沥青(70#沥青)制备相应改性沥青,研究其对沥青基本性能和粘度的影响;通过总结和分析现有紫外老化试验方法、老化时间的转换公式及光源,确定了老化时间的换算及光源类型,构建了室内老化环境,研究紫外老化作用对不同延衰改性沥青基本性能及流变性能的影响规律;通过总结沥青紫外老化薄膜试件制备方法,提出改进型沥青薄膜制备方法及关键参数,采用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)分析和表征沥青膜表面的特殊结构及粗糙度;基于沥青混合料原材料技术指标,对延衰改性沥青混合料进行配合比设计及优化,研究了延衰改性沥青混合料高温抗车辙性能与水稳性能,在此基础上,评价了延衰改性沥青混合料的抗紫外老化性能。主要研究结论如下:(1)四种延衰改性剂均能增大沥青的针入度和延度,而T622光稳定剂的掺加会减小沥青软化点,PA6、ASA聚合物对沥青性能的改善程度略低于光稳定剂。综合分析延衰改性剂对沥青性能的影响,T770和T622光稳定剂的建议掺量为0.4%~0.6%,PA6聚合物的建议掺量为0.1%~0.2%。(2)延衰改性沥青在紫外老化作用下针入度和延度降低,而软化点上升。基于紫外老化作用对延衰改性沥青基本性能的变化规律,T770、T622光稳定剂的最佳掺量为0.4%,PA6聚合物的最佳掺量为0.2%。相比基质沥青,延衰改性沥青在高温环境下具有更高的弹性恢复率,而在3.2k Pa应力水平下的弹性恢复不明显,T770延衰改性沥青的弹性恢复率最佳。(3)随紫外老化时间的增加,延衰改性沥青表面形貌复杂程度提高,粗糙度指标逐渐上升。同等老化时间内,T622改性沥青的粗糙程度略高于T770改性沥青,PA6改性沥青的粗糙度虽在老化中期有一定程度的降低,但是在整个紫外老化周期内其表面粗糙度表现出逐渐增大的趋势。(4)基质沥青混合料的变形变化率和总变形明显高于延衰改性沥青混合料,相比动稳定度,变形变化率和总变形的指标评价较为合适。延衰改性沥青混合料随老化时间的增加,其抗老化性能明显提高,相比305h的基质沥青混合料,PA6改性沥青混合料动稳定度增幅最大为28%,而T770、T622改性沥青混合料的动稳定度分别增加23.2%、18.7%。延衰改性沥青混合料老化后的水稳性能优于基质沥青混合料,在紫外老化周期内,基质沥青混合料残留稳定度降幅为24.6%,而T770、T622、PA6改性沥青混合料的残留稳定度降幅分别为19.7%、14.2%、11.8%。
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