沥青及沥青混合料老化情况研究综述

李海明

摘要：沥青路面在使用过程中，其受到车辆荷载反复作用和长时间受到光照及高温氧气等自然因素的作用会引起沥青的老化、硬化。为了进一步推进沥青路面老化与抗老化技术的发展，综述了国内外老化与抗老化技术的研究现状，其中包括热氧老化、光氧老化和水老化。

关键词：道路工程; 沥青老化; 抗老化；沥青混合料

中图分类号：U414 文献标示码：A

1老化沥青的物理性能

沥青的评价主要从针入度、软化点、延度三个性能入手进行研究，针入度实验能够清楚反映沥青的粘滞性，针入度越大，表明沥青的粘滞性越差。软化点试验可以测定沥青结合料的高温性能，软化点大的沥青高温稳定性比较好。延度试验的目的主要是测定各类沥青结合料的可塑性，规范规定的试验环境下延度测试值越大，沥青的塑形越好，反之则越差。粘度试验能够反映沥青在实验温度下抵抗变形的能力，是说明沥青粘滞性的物理性能参数，与路用性能关系紧密。目前常用布洛克菲尔粘度计测定沥青结合料在45℃以上的表观粘度，观测沥青胶结料在试验温度下的粘度变化。

2 沥青与沥青混合料老化实验方法总结

沥青路面在使用过程中，会常受到阳光、温度、氧气、紫外线、雨水、地下水等诸多因素的作用，从而发生老化现象。通过模拟沥青路面在受到作用时的实际老化过程，在实验室研究中，主要采取热氧老化、光氧老化和水老化等老化模拟形式。

2.1热氧老化

在实验室中模拟沥青热氧短期和长期老化的常用方法主要分为薄膜烘箱试验（简称 TFOT）、旋转薄膜烘箱试验（简称 RTFOT）和压力老化试验（简称PAV）。薄膜烘箱试验具体步骤为：准备沥青试样50g，将样品放入烘箱中，温度设为163℃，时间为5h，试验结束后取出样品即可。旋转薄膜烘箱试验具体步骤为：准备沥青试样35g，将其放入烘箱中，温度设为163℃，受热75min。到达时间后，取出即可。压力老化试验具体步骤为：准备短期老化后的沥青样品50g，并放入压力老化容器中。温度在90-110℃范围内，时间为20h。试验结束后，将样品取出即可。这中间对于长期老化的研究相对缓慢，在20世纪90年代美国才提出压力老化试验。

2.2光氧老化

当受到紫外线作用时沥青易发生老化，尤其是在紫外光充足的高海拔地区更易发生^[1]。国内外学者为了探究紫外光对于沥青老化的影响，开发了人工模拟设备来进行光氧老化试验。Luo通过紫外线老化环境箱模拟紫外老化，老化箱中布置6根紫外灯管，样品距离灯管 10cm，温度设置在60℃。根据紫外线老化试验对SBS改性沥青进行不同老化时间的试验^[2]。综上可知，光氧老化会加重沥青老化的速度，是沥青老化不可忽略的影响因素。当前还缺乏标准的光氧老化试验方法，老化试验条件的设置较为单一，紫外老化设备和试验方法还需改进。

2.3 水老化

沥青路面在实际使用过程中由于遭受雨水和地下水的冲刷，会使沥青路面发生水老化现象，因此，许多学者对水老化进行了研究。Huang等人将不同沥青进行旋转薄膜烘箱试验，然后在有水分和无水分的情况下，进行PAV试验。温度设为80℃，老化时间为144、240和480h，研究水的存在对沥青老化特性的影响^[3]。针对国内外的研究结果可以发现，热氧老化是当前模拟沥青老化的主要方式，主要用于沥青胶结料的加速老化，现有模拟方式已比较成熟，有统一的标准和试验设备，能较好地反应实际沥青路面的老化行为。

3 老化沥青的流变特性

沥青作为一种典型的粘弹性材料，同时具有弹性和粘性特征，其可变形性和流动性受应力、温度、时间等多个因素的共同影响，因此，针入度、软化点及延度等指标仅能在一定程度上反映道路沥青的路用性能。同一温度下，随着老化程度的加重，沥青复数模量明显增大，相位角降低，表明老化会使沥青由软变硬，沥青中弹性比例增大，粘性成分降低。原因在于沥青老化的过程中存在轻质组分的挥发并生成了强极性的物质，老化程度越高，沥青中的化学结构组成变化越大，造成沥青复数模量的增大及相位角的降低，宏观表现为沥青变得硬而脆。

4 沥青老化对微观性能产生的影响

老化对沥青化学组成的影响也是国内外学者的研究焦点。Qu等人采用Corbett分离法，将不同老化状态下的基质沥青进行分离，发现随着老化的进行，芳香分含量逐渐降低，沥青质含量逐渐增加，饱和分和胶质含量没有明显的变化，这是由于在短期老化过程中，更多的芳香分转化为胶质，而相对较少的胶质转化为沥青质^[4]。

5 结语

老化会使沥青发生一系列化学反应，从化学方面来看老化导致分子内部发生聚合、加成、氧化等一系列反应，生成大分子化合物和极性官能团，使轻质组分向重质组分转变，沥青发生硬化，进而导致沥青在宏观力学层面衰退；然而，当前的国内外研究仍停留在老化对沥青宏、微观性能影响，未建立起沥青化学组成、微观特性以及宏观性能三者间的联系；未来研究方向可以进一步对沥青微观性能方向拓展，探索沥青化学组分、微观性能与宏观力学行为之间的相互作用关系，此外，在沥青分子层面进行更为系统深入的研究，分析各微观性能间的相互影响机理，从分子角度揭示沥青老化演变过程。

参考文献：

[1]庞凌.沥青紫外光老化特性研究[D].武汉：武汉理工大学,2008.

PANG Ling. Study on the Ultraviolet Aging Characteristics of Asphalt[D].Wuhan: Wuhan University of Technology, 2008.

[2]LUO M .Study of Asphalt Performance Impact with Ultraviolet Aging[J]. IOP Conference

Series: Materials Science and Engineering, 2017, 231:012107-.

[3]HUANG S,TURNER T F ,THOMAS K P. The Influence of Moisture on the Aging Characteristics of Bitumen[C]//2008.

[4]QU X ,LIU Q ,GUO M, et al. Study on the Effect of Aging on Physical Properties of Asphalt Binder from a Microscale Perspective[J].Construction and Building Materials,2018, 187(OCT.30):718-729.