沥青混合料油蚀评价方法研究

李善强,李 浩

(1.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064；2.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广东 广州 510420；3.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420)

沥青混合料油蚀评价方法研究

李善强1,2,李 浩2,3

(1.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064；2.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广东 广州 510420；3.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420)

试验容器、油品用量、油蚀方式及油蚀时长是影响沥青混合料油蚀试验合理性和准确性的4大因素。通过设计试验容器统一试验容器、油品用量、油蚀方式3大因素，根据油蚀试验规律确定24 h为油蚀时长较为合理，对比分析柴油和机油于常温(20 ℃)、高温(60 ℃)下沥青混合料的飞散质量损失和油蚀飞散损失结果。结果表明：油蚀飞散损失能更为准确的评价油蚀效应，改进的沥青混合料油蚀试验方法能够更为合理、准确地评价油蚀现象。

道路工程；油蚀试验方法；油蚀飞散损失；沥青混合料

近年来，高等级公路上部分重载货车车况不佳泄露油品，导致沥青路面油蚀性坑槽病害大量出现。油蚀性坑槽数量之多、对路面承载能力、耐久性、舒适性及行车安全的影响之大而亟待解决。

目前，国内外对沥青混合料油蚀的研究较少，至今仍没有一套指导沥青混合料油蚀试验的规程。针对此问题，众多学者做了大量的研究。通过马歇尔稳定度试验[1-3]、劈裂试验[4]、车辙试验[5-6]及冻融劈裂试验[7-9]，对比沥青混合料油蚀前后的指标值的变化，评价油蚀对沥青路面的影响程度；此外，还有通过表面能理论研究改性沥青与集料之间的接触角、黏附功[10]。

目前不足之处在于：① 试验方法并不是围绕油品影响沥青混合料黏结性而造成强度下降这一重点展开的，试验方法的适应性有待于商榷，无统一标准，研究成果之间不具有可比性；② 试验结果与实际情况相关性较差，评价指标的合理性有待于进一步研究。

因此，笔者对沥青混合料油蚀试验方法进行了探讨，研究了油蚀试验条件、试验内容、评价指标，为油品泄露事故应急检测、快速诊断提供参考和依据。

1 试验材料

文中各项试验的原材料均相同。试验选用的原材料见表1。以广东省常用的PG-82改性沥青为例，最佳沥青含量为4.8%，设计空隙率为5.4%。沥青混合料在160 ℃下拌合，成型时温度不低于140 ℃，采用标准击实法制作试件，双面击实各50次，试件尺寸为φ101.6 mm×63.5 mm。

2 试验条件研究

归纳总结现有研究中的试验条件，大致可将其分为试件类型、试验容器、油品用量、油蚀方式及试验时长这5方面。现有研究中所采用的试件类型为车辙板和马歇尔试件，工具有毛巾、桶及恒温油槽，处理方式有毛巾平铺于试件上方、完全浸泡于桶及恒温油槽及表面涂刷等3种方式，用油量、试验时长控制上相差很大，无统一标准。

可以看出，现有研究对沥青混合料的试验条件采取粗放控制，对沥试验容器、时间、用油量等关键因素的选取太随意，无统一标准，造成现有的研究成果之间不具有可比性。因此，笔者将着重研究油蚀试验的试验条件，以期建立统一的试验条件，使试验结果之间具有可比性和参考性。

2.1 试验条件的影响因素

考虑到实际油蚀情况是：① 车辆泄漏的油量一般不会太大，受污染的路面不大可能会在某一时间段内多次受污染，车轮和受污染的路面接触时因泵吸作用会带走一部分燃料油，且油类自身也存在挥发效应；② 油品对沥青油蚀能力有一定限度，同路面的整体性相比，油蚀只能是局部小范围。

针对实际情况，本着尽量还原沥青路面油蚀环境和模拟最不利试验条件的两大原则，试验必须充分考虑4个因素：① 试验容器；② 油品用量；③ 油蚀方式；④ 油蚀时长。

因素①，②，③决定室内试验条件下沥青混合料油蚀的环境，它们选取合理与否直接关系到到室内试验与实际油蚀情况之间相关性的好坏，对试验结果的有效性和离散型至关重要；因素④直接决定室内试验结果准确性，对油蚀破坏的度量很关键。

2.2 试验条件的确定

考虑因柴油挥发而表面涂刷、毛巾平铺两种油蚀方式影响试验稳定性的问题，采用浸泡方式；试验容器、柴油用量的确定取决于试验的最不利条件。根据广东省多条高速公路柴油漏油事故情况，笔者将马歇尔试件外包裹10 mm的油膜定为试验最不利条件，设计的试验容器油蚀桶如图1。根据马歇尔试件的尺寸易确定油品用量，容器内径φ121.6 mm，外径φ134 mm，高125 mm，马歇尔试件放在预设位置，通过加入定量的柴油，形成10 mm的油膜包裹达到最不利条件，试件和内壁之间放置扇形垫块，防止试件错位，瓶身和瓶盖螺纹配合，密封性好。油蚀时长的确定将根据试验得到的规律来确定。

图1 试验容器设计Fig.1 The design of test container

3 试验方法设计

3.1 评价指标

沥青混合料油蚀试验方法是参照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[11]中肯塔堡飞散试验方法并经改进而进行的，旨在探讨常温(20 ℃)和高温(60 ℃)下随油蚀时长油品对沥青路面的油蚀效应。浸油结束，将试件在空气中放置24 h后进行飞散试验。此外，设1组试件进行浸水飞散试验以作空白试验。

将放置24 h后的试件进行飞散试验，沥青混合料的飞散损失ΔS按式(1)计算。

ΔS=(m0-m1)/m0×100

(1)

式中：ΔS为沥青混合料飞散损失，%；m0为试验前试件质量，g；m1为试验后试件残余质量，g。

在浸水飞散试验中，试件放置24 h后的质量m0与干重相当，而对油蚀后试件而言，试件放置24 h后的质量m0将小于干重，若仍采用式(1)进行计算，则不能准确地体现出因油蚀而造成的质量损失。

为此，定义油蚀飞散损失ΔS′来表征试件油蚀后的飞散损失，ΔS′按式(2)计算。

(2)

与飞散损失ΔS相比，油蚀飞散损失ΔS′考虑因油蚀导致试验前试件的质量m0的变化这一因素，能更准确地评价油蚀损失。

3.2 试验结果分析

表2为沥青混合料浸水飞散试验结果。浸水飞散平均值为3.3%，满足规范要求，说明笔者的沥青混合料原材料及配合比选择合理。

表2 沥青混合料浸水飞散试验结果

图2分别为20，60 ℃柴油浸泡条件下沥青混合料质量损失。

图2 沥青混合料质量损失(柴油)Fig.2 The quality loss of asphalt mixture

由图2可知，柴油作为溶剂：时横向来看，20，60 ℃下的飞散质量损失和油蚀飞散损失均先增大(前24 h)后停滞再增大后趋于稳定，出现停滞现象，且停滞时间长、停滞阶段多。这是因为PG-82改性沥青中聚合物吸附沥青中的油分形成了连续的三维空间网状结构，柴油需要一定时间方能溶解空间网状结构这层“保护膜”，待将其溶解后，通过新的通道浸入沥青内部的柴油又需溶解里面“保护膜”，反反复复，形成了图2中特有上升-停滞相互交替的现象。纵向来看，油蚀飞散损失大于飞散质量损失，20，60 ℃时，两者相差最大分别达到11.3%，21.6%，且温度越高，损失越大，在浸泡96 h，60 ℃较20 ℃油蚀飞散损失大26.6%。

图3分别为20，60 ℃机油浸泡条件下沥青混合料质量损失。

图3 沥青混合料质量损失(机油)Fig.3 The quality loss of asphalt mixture

可以看出，若选取飞散质量损失这一评价指标，试验结果忽大忽小，稳定性不足，不能真实反映出油品对沥青混合料的油蚀效应。因此，选用油蚀飞散损失这一评价指标。

相比而言，柴油的油蚀能力大于机油。20 ℃时，柴油15 d的油蚀飞散损失比机油大40.2%，60 ℃时，柴油4 d的油蚀飞散损失比机油大42.6%。

此外，在20，60 ℃两个温度条件下，根据沥青混合料随时间的损失速率的规律可以看出，在前24 h里，速率很大，超过24 h，速率趋于平缓。因此，试验条件中的油蚀时长这一因素定为24 h将比较有意义。

因此，通过设计试验容器统一试验容器、油品用量、油蚀方式3大因素，根据油蚀试验规律确定24 h是合理的油蚀时长，这样即确定了统一的试验条件和评价指标。

4 工程应用

2014年9月，对汕梅高速公路畲江以南全段路况进行实地调查，该路段19.1 km共出现518个坑槽。对坑槽位置进行取样，所取样品均完全松散，石料表面光滑，无沥青裹附，往坑槽灌水可见油斑，坑槽中所取石料柴油味较重，且坑槽附近分布有较多油斑，为典型的油蚀性坑槽。

对未污染的路肩和污染的慢车道分别取8个芯样，依照文中试验条件进行肯塔堡飞散试验，并以油蚀飞散损失为评价指标，试验结果如表3。

表3 沥青混合料浸水飞散试验结果

由表3可知，现场取回的油污芯样的油蚀飞散损失不仅与室内试验得出的结果一致，且与现场的油蚀性坑槽病害发展情况较为相符，说明笔者提出的沥青混合料油蚀评价方法适用性较好。

5 结 语

笔者设计了一种评价沥青混合料油蚀的试验方法，该方法可以模拟实际漏油事故对沥青路面的最不利影响程度。首先，通过分析影响沥青混合料油蚀试验的4大因素，根据最不利试验原则设计了试验工具；其次，设计了沥青混合料油蚀试验方法，并提出油蚀飞散损失这一指标；最后，对比分析机油和柴油于20，60 ℃下飞散质量损失和油蚀飞散损失的变化规律。结果表明，油蚀飞散损失是表征沥青混合料油蚀效应的合理指标且24 h作为油蚀时长是合理和合适的。

[1] 黄维蓉,崔通.抗车辙MPE 改性沥青混合料性能研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(1):37-40. HUANG Weirong, CUI Tong. Performance study on anti-rutting MPE modified asphalt mixture[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2013,32(1):37-40.

[2] 李明国,牛晓霞,李豁,等.沥青混合料抗油浸蚀能力分析[J].公路,2002(1):75-77. LI Mingguo, NIU Xiaoxia, LI Huo, et al. Analysis of capability for withstanding oil corrosion of asphalt mixture[J].Highway,2002(1):75-77.

[3] HUSSAIN A, 邱延峻.RAP对再生沥青混合料马歇尔指标的影响[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2012,31(增刊1):724-728. HUSSAIN A,QIU Yanjun. Effect of reclaimed asphalt pavement on the properties of asphalt mixtures[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2012,31(Sup1):724-728.

[4] 王家主.沥青混合料抗柴油浸蚀试验研究[J].公路,2012(7):229-232. WANG Jiazhu. Test and research on resistance to corrosion of asphalt mixture in diesel oil[J].Highway,2012(7):229-232.

[5] 张锐,黄晓明.沥青及沥青混合料抗油蚀性能分析[J].公路,2006(5):174-176. ZHANG Rui, HUANG Xiaoming. Analysis of capability for withstanding oil corrosion of asphalt and asphalt mixture[J].Highway,2006(5):174-176.

[6] 徐进.TLA改性沥青及其混合料的油蚀研究[D].长沙:长沙理工大学,2007. XU Jin.ResearchonOilCorrosionforTLAModifiedAsphaltandItsMixture[D]. Changsha: Changsha University of Science and Technology,2007.

[7] 陈肯,袁继昂,章永超.油蚀对沥青混合料高温性能的影响[J].上海公路,2013(1):59-61. CHEN Ken, YUAN Ji’ang, ZHANG Yongchao. Influence of oil corrosion on high temperature stability for asphalt mixture[J].ShanghaiHighway,2013(1):59-61.

[8] 査旭东,傅广文,徐进.油蚀对TLA改性沥青混合料水稳定性的影响[J].长沙理工大学学报(自然科学版),2009,6(4):1-5. ZHA Xudong, FU Guangwen, XU Jin. Influence of oil corrosion on water stability for TLA modified asphalt mixture[J].JournalofChangshaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience),2009,6(4):1-5.

[9] 方杨,李善强,刘宇.厂拌热再生沥青混合料水稳定性能研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(5):961-964. FANG Yang, LI Shanqiang, LIU Yu.Water stability of central plant hot recycling mixtures[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2013,32(5):961-964.

[10] 赵庆权.基于界面理论纤维改性沥青与集料粘附性研究[J].公路工程,2014,39(6):283-288. ZHAO Qingquan. Research on adhesion between fiber modified asphalt and aggregate based on surface energy theory[J].HighwayEngineering,2014,39(6):283-288.

[11] 交通运输部公路科学研究院.公路工程沥青及沥青混合料试验规程:JTG E20—2011[S].北京:人民交通出版社,2011. Research Institute of Highway Ministry of Transport.StandardTestMethodsofBitumenandBituminousMixturesforHighwayEngineering: JTG E20—2011[S]. Beijing: China Communications Press,2011.

A New Evaluation Method of Oil Corrosion for Asphalt Mixture

LI Shanqiang1,2，LI Hao2,3

(1. School of Road, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi,P.R.China; 2. Research and Development Center on Road Transport Safety and Emergency Support Technology & Equipment, Guangzhou 510420, Guangdong,P.R.China; 3. Guangdong Hualu Communications Technology Co.,Ltd., Guangzhou 510420, Guangdong,P.R.China)

The major factors influencing rationality and accuracy of asphalt mixture oil corrosion test are test container, oil sample amount, oil corrosion mode and oil corroding duration. By designing uniform testing container for test, oil amount and oil corroding way, the three elements, oil corroding duration of 24 hours was the determined to be the reasonable for oil corrosion test according to the laws of the oil corrosion test. The results show that the oil corrosion Cantabro quality loss can evaluate the oil corrosion effect more accurately by comparative analysis of Cantabro quality loss and oil corrosion Cantabro quality loss of asphalt mixture under 20 ℃ and 60 ℃ in the diesel fuel and engine oil. The new asphalt mixture oil corrosion test method can evaluate oil corrosion phenomenon more reasonably and accurately.

road engineering；oil corrosion test method；oil corrosion Cantabro quality loss；asphalt mixture

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.12

2015-06-26；

2015-07-15

交通运输部建设科技计划项目(2014 318 J23 150)；广东省交通运输厅科技项目(科技-2012-02-009)

李善强 (1981—)，男，山东临沭人，高级工程师，博士，主要从事路面工程方面的研究。E-mail:shanqiang911@163.com。

李 浩(1988—)，男，湖北荆州人，工程师，硕士，主要从事路面工程方面的研究。E-mail:hao_li_20007@163.com。

U416.217

A

1674-0696(2016)05-054-04