长期紫外老化过程对温拌沥青混合物的影响外文翻译资料

 2022-09-26 03:09

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长期紫外老化过程对温拌沥青混合物的影响

Feipeng Xiao bull; David Newton bull; Bradley Putman bull;

V. S. Punith bull; Serji N. Amirkhanian

摘要 沥青混合物长期在热和紫外线照射条件下衰老的过程是非常复杂的，但是这个过程可以在实验室里模拟。本实验的目的是探寻长期热和紫外照射对沥青混合物的影响。对所有的混合物常规阻力，间接拉伸强度，变形，弹性能量消散，和断裂能量的测量是必须测量的。实验设计包括两个骨料来源，三种老化状态（未老化的，热量和紫外老化），一个含水的温拌沥青混合物添加剂和水发泡技术，两个PG 64-22绑定，三个含气内容（分别为2%，4%和7%），在整个试验中总共需要评估24个混合物并且需要制作和测试144个样本。测试结果表明，热量和紫外老化步骤在改善老化过程对混合的电阻空隙的改变是很少的。在三种过程中未老化的样品有最高的ITS值，然而紫外老化样品值是最低的。另外，不管是发泡技术，聚合源还是孔隙率，与加热老化混合物相比，紫外老化混合物总得来说有更多的热量消散。与此同时，由于有额外的水或者是含水的添加剂中的水，发泡技术会减少混合物中储存的弹性能量。更进一步，和标准热老化相比，紫外老化通常降低了沥青混合料的断裂阻力。另外，在使用WMA发泡技术的时候，骨料来源影响了沥青混合料的断裂阻力。

关键词 温拌沥青混合料·发泡技术·热老化·紫外老化·抗折强度·间接抗拉强度·变形·弹性能量·断裂能量

1·介绍

最近，为了减少压实的沥青混合料的温度，沥青行业一直在研究加热的沥青技术将之作为一种方法。温拌沥青混合料法（WMA）相当像高温拌沥青混合料法（HMA），但它比常见的高温拌沥青混合料法温度要低【1-3】。原则上，和高温拌沥青混合料法相比，在美国生产的用WMA法的沥青混合物在相对较低的温度下有着广泛的基于有机添加剂，化学添加剂和发泡过程。【1】在发泡剂的类别中，Asphamin在过去是一种被广泛研究的添加剂【2，3】。这种添加剂是由硫酸铝的碱金属组成的沸石。产品包含约20%的水，产生的重量是增温后释放的。

泡沫沥青技术是由热沥青粘结剂和水混合而成，当水接触热沥青粘结剂，会变成小蒸汽泡沫困在沥青粘结剂上。Middletown和Forfylow【4】报导称沥青粘结剂和双桶绿色发泡协会胜场的混合物和那些高温拌沥青混合料是相似的。Winlinski et al 【5】报导称压实的温拌沥青混合物就和其紧密型相同。这种温拌沥青混合物拥有较低的初始刚度，有较低的hveen稳定性，马歇尔稳定性和流动性以及更高的APA深度。

长期的混合物老化过程是一个复杂的过程，它是由相互关联的聚合物，空气和沥青粘结剂的相互作用而引起的。先前的研究显示，实验室模拟沥青粘结剂的老化和老化过程对沥青混合物性质的评价和修改是很有效的。【6，7】

沥青粘结剂在环境中容易被老化，尤其是在一定温度或者有紫外线照射的情况下。紫外老化和温度老化是两个完全不同类型的老化，但是目前沥青性能评价体系给出的是考虑紫外线的限制因素。【8】紫外线辐射老化对粘结剂和沥青混合物都有影响，特别是低温时的延展性和抗裂性。沥青粘结剂一般对热量和紫外线辐射有敏感性。基于热老化沥青的评价方法并不真正反映紫外线老化的影响，会有一些用热老化替换紫外线老化的限制。

Wu et al【10】研究称紫外线辐射和沥青粘结剂氧化降解的水平的相对影响以及老化过程中紫外线的退化，会导致沥青的氧化和硬化。

一些研究人员发现，和复杂的老化试验相比，加热沥青技术没有显著地提高抗折性能和间接抗拉强度值。另外，在加热老化的时候，加热沥青技术似乎影响了混合物的抗拉强度比【7，11】。然而，紫外线老化热拌沥青混合物的特征并没有研究出显著的细节。

本实验的目的是研究长期加热和紫外线照射老化对热拌沥青混合物的影响。未老化的，标准的，加热的，紫外老化的样品将会进行测试以确定车辙深度，变形，消散弹性能量，各种混合物的断裂能量等。另外，含气率的影响，发泡技术，粘结剂和骨料来源对这些值得影响也在本研究中评估。

  1. 实验计划和步骤

2.1 材料

在这次研究中设计的实验包括泡沫水含量的使用（指定为2%WC粘结剂的重量，一个水轴承添加剂——矿物法（被称为是As)和控制（被称为是Co），两个PG64-22绑定指定的泡沫并指定为Fo（A)和Fo（B）以及两个总源（指定为I和II），这些被用作这个项目。

2.2 混合物配合比设计，样品制作和测试

Themix设计是基于满足南卡莱罗纳州部门所制定的规格，需要样品表面B型混合物（NMAS=12.5毫米；Ndesign=75).每个聚合源（I和II）的层次都展示在table 2.当使用不同的混合物时，每个聚合源指定的层次是相同的。

各种混合类型的混合和压实温度在以前的研究中就被提出。【12-14】粘结剂用来控制并且混合物控制在135度至138度。从两个聚合发泡技术获得的最佳粘结剂的内容（简称OBCs）仅仅比热拌沥青混合物低0.1%至0.3%。为了避免粘结剂的影响，所有从相同聚合体控制的热拌沥青混合物和控制都使用相同的OBC【12-15】。

为了在在这个领域模拟实际的沥青路面性能，样品的孔隙率标定为7，4和2%，它们代表新路面，短期使用路面，长期使用路面。所有的样品都分为三个小组。在测试之前，第一组是储存在室温下并且没有任何衰老过程。第二组是烤箱85度内储存5天的老化过程，该过程描述为AASHTO R30。第三组样品在一个定制的烤箱内设定温度为85度用紫外线照射5天，原理图和紫外线老化炉参数如图Fig.1所示。

3.测试结果分析

3.1统计方面的考虑

标本的车辙深度和ITS值在统计分析下在老化的方法，孔隙率水平，发泡技术上拥有0.05级的意义。（错误有0.05%的误差）

3.2车辙深度分析

常规的测量结果在图2中显示，聚合体1中提取出的含气率7%的混合物，和其他混合物相比，无论是在衰老状态，发泡技术还是粘结剂都要高。这种现象的原因是混合物含气率为7%时更容易压实并且在受到交通荷载时容易巩固。另外，含气率为7%的混合物的车辙深度从超过10毫米到不到8毫米是由长期的热老化和紫外线照射所引起的。这些衰老过程使泡沫沥青粘结剂相对较硬，并且比未老化的混合物有更高的常规电阻特征。统计表3所显示的是数据显示，在0.05级别中，与热老化和紫外老化的样品相比，未老化的样品在车辙深度上有明显的差异。在大多数情况下，热老化和紫外老化样品在车辙深度上没有明显差异。

如图2a所示，当混合物的孔隙率为2%到4%时，这些混合物的车辙深度就会小于6毫米，无论它们的老化状态，发泡技术还是粘结剂。另外，未老化的混合物的车辙深度略高于一般热量和紫外线老化混合物。看来和孔隙率为7%的混合物相比，老化对混合物的车辙深度的影响是减少车辙深度，这是因为低孔隙率的未老化的混合物在空洞闭合之间受到8000负荷循环加载。因此，热老化和紫外老化在提高车辙深度方面提供有限的贡献。

由于发泡技术的影响，和其他泡沫混合物相比，可以指出控制混合物通常可以得到较低的车辙深度，这些泡沫混合物的车辙深度没有发现明显的变化趋势。图3的统计分析表明，在不同的含气率百分比和老化方法，发泡技术的影响下，车辙深度各不相同。虽然在0.05级别下车辙深度拥有明显的差异，但是这些拥有差异的车辙深度一般小于1毫米。

聚合物二中提取的混合物的车辙深度在图2b值显示。和图2a相比可以发现，聚合物二中提取的混合物的车辙深度低于从聚合物一种提取的混合物的。举个例子，聚合物二中孔隙率为2%到4%的样品车辙深度都小于4毫米，而同样的在聚合物一种的车辙深度是小于5毫米。因此，在使用发泡技术的时候，聚合物来源在决定常规电阻特性中扮演了一个十分重要的角色。但是在孔隙率，老化过程和发泡技术对车辙深度的影响方面，聚合物一中提取的混合物和聚合物二中提取的混合物性质相似。

在图3中所示的是相关结果分析与常规空隙深度。我们可以观察到当样品分为这三类（未老化，热老化和紫外老化）时，车辙深度和孔隙率之间有相关性。不管是什么样的聚合物来源，粘结剂类型，衰老状态和发泡技术，高孔隙率会导致车辙深度变大。另外，R2这些趋势指数线也相当高。图3所显示的控制样本趋势的线通常在其他趋势线的下面，和其他混合物相比，控制了的混合物样品车辙深度更低。

3.3 ITS分析

最简单和最常用的测量工程器件的机械性能的方法是单轴拉伸或压缩试验。除了简单的单轴试验之外，这次实验中使用的间接拉伸实验减少在同一时间张力和压缩的强度，因此，应变和应力值可以在同时获得加载。图4所示的载荷变形曲线中的结果是沥青混合料依照ATSM D6931-12间接拉伸实验所作出。图4显示了所测的沥青样品首先展示了弹性特征。按这个比例，压力对应的第一点是连续曲线偏离最初的，线性的点，这就是所谓的比例限制。在这个比例限制之下，相应的应力变化，应变变化ee乘以一个常数，定义为弹性模量（E）。如图4所示的ITS检测的值是材料断裂前可以承受的最大拉应力，拉力测试的过程负载变化缓慢。

从结果来看总的混合物变化情况如图（5）所示，这表明由于含气率的影响，无论是老化技术还是发泡影响，混合含气率为2%的相比于混合含气率为4%的还有混合含气率为7%的有更高的ITS值。此外，使用泡沫粘结剂A和B也有类似的ITS价值，和控制和热温拌沥青混合物相比ITS值较小。四个混合物的发展指数趋势线显示，当混合物的含气率增加会使ITS值减少。与此同时，即使紫外线会导致ITS值降低，加热和紫外老化过程仍会使研究中的混合物的ITS值减少。

由于老化方法对于ITS值得影响，统计分析结果表4表明，在大多数情况，无论是空隙率还是老化的不同，使用泡沫粘结剂A和B制成的混合物ITS值没有明显的不同。然而在加热和紫外老化过程之后，控制和温拌沥青混合物最终会有不同的ITS值。因而我们可以得出结论，遭受长期的老化过程后，发泡技术会影响ITS值。此外，关于发泡技术的影响，表4b显示，在大多数情况下，不管老化方法和空隙率，与控制和温拌沥青混合物相比，在大多数情况下，使用泡沫粘结剂A和B的会有不同的ITS值。

对于由聚合物II组成的如图5所示，类似于图5的，增加空隙率会导致ITS值下降。这些进行过热老化和紫外老化的混合物ITS值比未老化的混合物低。不同于聚合物I如图5b所示，管老化方法和空隙率，与控制和温拌沥青混合物相比，在大多数情况下，使用泡沫粘结剂A和B的会有相同或者是更高ITS值。显然，在使用发泡技术的情况下，骨料来源会影响ITS值。此外，这四个混合物的指数趋势线表明，空隙率的增加会减少ITS值.

  1. 研究结果和结论

根据这次实验的结果的影响，对于在泡沫的处于长期紫外老化的温拌沥青混合物，我们可以得出以下结论：

.无论是什么样的老化状态，发泡技术和粘结剂的来源，含气率为7%的混合物车辙深度比其他混合物低。由于长期加热和紫外老化过程，这些混合物的车辙深度会减少。然而，在空隙率为2%到4%时，加热和紫外老化对混合物的车辙深度的影响很有限。

.在三种老化状态中，未老化的样品ITS值最高，而紫外老化样品的ITS值最低。此外，使用泡沫泡沫粘结剂A和B的混合物拥有相似的ITS值，同时ITS值小于受到控制的温拌沥青混合物。在长期的老化过程中，泡沫技术会影响混合物的ITS值。此外，当使用发泡技术时，骨料来源也会影响ITS值。

.不管骨料来源，老化状态和发泡技术，含气率为7%的混合物有更高的流量值。另外，当空隙率为2%到4%时，加热和紫外老化的混合物与未老化的混合物有着类似的流动值。当空隙率为7%时，未老化的混合物有着相比于加热和紫外老化的混合物有着更高的流动值。

.不管是什么骨料来源，老化状态和发泡技术，与加热老化混合物相比，紫外老化混合物通常有着更多的消散的能量。此外，由于水添加剂中的额外的水或者是释放的水，发泡技术可能会减少储存的弹性能量。

.无论是什么骨料来源，老化状态和发泡技术，与空隙率为2%到4%的混合物相比，空隙率为7%的混合物有较低的混合能量。与常规的热老化相比，紫外老化过程通常会有更多的骨裂影响。此外，当使用温拌沥青混合物发泡技术的时候，骨料来源会影响混合物的断裂阻力。

.为了更好地理解长期热老化和紫外线老化的过程中混合物和没有使用温拌沥青混合物发泡技术的过程，进一步研究是很有必要的。

Reference

1. Drsquo;Angelo J, Harm E, Bartoszek J, Baumgardner G,Corrigan M, Cowsert J, Harman T, Jamshidi M, Jones W,Newcomb D, Prowell B, Sines R, Yeaton B (2008) Warmmix asphalt: European practice. FHWA-PL-08-007,FHWA, U.S. DOT, Washington, DC

2. Prowell BD, Hurley GC (2007) Warm-mix asphalt: bestpractices. National Asphalt Pavement Association, Lanham

3. Xiao F, Amirkhanian SN (2010) Effects of liquid antistripadditives on rheology and moisture susceptibility of waterbearing warm mixtures. Constr Build Mater24(9):1649–1655

4. Middleton B, ForfylowRW(2009) Evaluation of warm-

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