道路瀝青老化機理及其影響因素

董怡伽

【摘 要】簡單分析瀝青的老化機理，并且從熱氧、水分、光照等不同影響因素的條件下分析了其對于瀝青產生的影響。還簡述了瀝青老化的預防措施。

【關鍵詞】瀝青老化；熱氧老化；光氧老化；水分作用

公路交通作為基礎設施的一部分與人民的社會生活息息相關，也是衡量一個國家經濟實力和現代化發展水平的重要因素之一，因此公路的使用質量也是至關重要的。瀝青路面的使用性能與瀝青本身品質有著巨大的關系，而瀝青加工使用過程中，在熱氧，水分，光照等一系列因素的交互作用下發生內部分子結構與化學組分的變化，使瀝青性能發生劣化這樣的過程被稱之為老化。老化主要由氧化老化、揮發物的衰減、自然硬化和滲流硬化四種情況組成。瀝青老化嚴重影響道路使用壽命，對于瀝青老化的研究對于道路的使用與維護都具有十分重大的意義。

1.瀝青老化機理

瀝青老化主要表現為軟化點升高，針入度下降，粘度隨著老化時間增長而增長。瀝青在拌和施工階段主要發生短期老化。其中最主要的一個階段就是拌和過程，針入度降低達80%。攤鋪過程中處于高溫狀態的瀝青薄膜進一步發生老化，熱氧反應過程中輕質組分不斷發生揮發與吸收，分子結構發生觸變導致位組硬化，使得瀝青變硬變脆，粘結性下降產生裂紋。

瀝青老化是一個自氧化的緩慢過程，老化前后分子中羰基官能團IR光譜吸收峰顯著變化，隨著老化溫度的增高，這一變化愈發明顯。亞砜基能團的吸收峰變化卻并不明顯。同時高分子量組分含量在老化瀝青中增加，增大分散度，說明瀝青分子間存在極性官能團之間的締合作用。稠和芳環和少量斷側鏈是瀝青分子的主要組成成分，分子中含有的不飽和雙鍵在老化之后就會消失。瀝青抗老化性不好主要是由于瀝青分子中有較多的活性基團和易被氧化的雙鍵。

2.熱氧老化

熱氧老化是瀝青老化最主要的原因之一，瀝青與氧發生反應生成含氧基團。而瀝青自氧化的過程與溫度高低是緊密相關的，隨著溫度的升高吸氧量也上升，在不同氧分壓的條件下，氧分壓較高則吸氧量也相應增多。通過吸氧量可以直觀的判斷抗老化性的好壞，吸氧量越大抗老化性越差。根據瀝青吸氧動力學模型，認為瀝青吸氧過程的控制因素是氧在瀝青中的擴散速度，即老化與其本身的粘度有很大關系。氧氣要與瀝青反應首先必須在瀝青中溶解擴散之后才能夠反應，因此反應中必不可少的步驟就是擴散。這個過程可以用動力學一級反應進行描述，能夠很好地表示瀝青的吸氧過程。而熱老化主要是指瀝青中輕質油分受熱揮發，破壞瀝青的結構硬化，改變瀝青結構鏈接，導致瀝青變質。

3.光氧老化

光氧老化也是不容忽視的一個問題，光氧老化之后瀝青組分向大分子量方向轉化，其中針入度和延度減小，軟化點、粘度增大。瀝青材料主要是由碳、氫、氧、氮等元素組成大分子有機物。這些有機物之間需要一定的鍵能，鍵能越高越穩定。瀝青材料的破壞其實就是大分子結構破壞，主要有C-H、C-C、C=C鍵，其中絕大多數聚合物分子鍵能與290～400mm波長范圍的光能相當，因此容易產生破壞。紫外線射入瀝青的深度只有0.1mm數量級，但是考慮到老化后瀝青分子會向內擴散，紫外線對瀝青老化的影響也只發生在瀝青表面1mm處。但是瀝青路面存在空隙，強紫外線對瀝青面層的影響可以達到一個最大粒徑的范圍，即1cm左右。經紫外線老化之后瀝青質略微上升，飽和分變化不大，芳香分略降低，膠質也略有變化，但隨著老化時間的增長這四個量的變化并不大，說明這種老化只會發生在表面很薄的一層。

在使用過程中，還會受到光氧老化變得脆硬，影響了瀝青的低溫性能和疲勞耐久性，容易產生裂紋，瀝青與集料粘附性下降，會發生脫落現象使雨水滲入路面結構層，對道路進行進一步破壞，急劇減少路面使用壽命。

4.水分作用

減少瀝青路面使用壽命的另一個重要的因素就是水的作用。道路的使用或多或少都無法完全排除水的影響，包括雨水以及地下水，往往水分作用會貫穿整個面層甚至對基層造成損壞。雨水的作用下，瀝青中的可溶性物質被沖洗掉，造成了瀝青的老化變質，水的pH值對于瀝青質也有較大的影響。

水分的加入對于高溫老化性狀有明顯的作用，使瀝青變硬，彈性成分增加，提升了高溫性能，從一定程度上提高了瀝青路面抗車轍能力。但是對于低溫性能影響并沒有十分顯著。可以認為水分的存在加速了瀝青的老化進程。

5.預防老化措施

在施工時我們就應該盡量注意減少瀝青的短期老化，首要應當注意瀝青混合料的施工溫度，以及高溫期間與空氣接觸等條件。為了減少短期的老化可以從這幾個方面考慮：

在保證瀝青混合料拌和、攤鋪、碾壓施工和易性的前提下，盡量采用較低的拌和溫度，并且不超過規定最高拌和溫度，同時盡量在溫度較高季節施工。盡量縮短高溫保存瀝青混合料時間，科學合理安排運輸的距離和時間，避免造成嚴重的短期老化。另外也可以在運輸的過程中加蓋篷布減少與空氣的接觸。

使用過程中的瀝青老化是一個長期的過程，減輕老化可以從混合料結構上考慮，盡可能選擇吸水率較小的粒料，減少空隙率增強壓實，減少瀝青與空氣接觸，采用耐老化性能好瀝青材料，保證瀝青混合料有足夠密實性可以根本上減輕老化。 [科]

【參考文獻】

[1]馬迪.道路瀝青的老化機理及預防[J].山西建筑，2006，32（24）：159-160.

[2]李海軍，黃曉明，王宏暢.道路瀝青在使用過程中的水老化[J].石油學報（石油加工），2005，21（4）：75-78.

[3]金鳴林，楊俊和，史美人.道路瀝青老化機理分析[J].上海應用技術學院學報，2001，1（1）：14-17.

[4]毛小敏，馬莉骍，黃俊峰.光氧老化對瀝青表觀粘度的影響.[J].山西建筑，2009，35（25）：188-189.

[5]丁國靖，范耀華，汪新平.道路瀝青吸氧老化性能的研究（一）國產道路瀝青吸氧的研究[J].石油煉制，1990，5：42-48.