关于沥青老化学术汇报

1、探究沥青老化过程学术汇报汇报人：王博雅汇报人：王博雅摘要 在查阅相关文献基础上，综述了研究沥青老化目的，老化的机理及其影响因素，最后还对沥青的长期和短期在查阅相关文献基础上，综述了研究沥青老化目的，老化的机理及其影响因素，最后还对沥青的长期和短期老化实验进行了研究。认为，在沥青的摊铺和路面实际使用中沥青老化对其都是有十分重要影响，因此我们必须老化实验进行了研究。认为，在沥青的摊铺和路面实际使用中沥青老化对其都是有十分重要影响，因此我们必须认真分析该过程；老化的影响因素主要有大气，日照，温度，雨雪，环境以及交通强度等因素，其老化机理主要认真分析该过程；老化的影响因素主要有大气，日照，温度，雨雪，

2、环境以及交通强度等因素，其老化机理主要氧化、挥发、吸附、聚合、团聚、和断裂；沥青长期老化和短期老化实验我们分别采用的是氧化、挥发、吸附、聚合、团聚、和断裂；沥青长期老化和短期老化实验我们分别采用的是PAV压力容器实验和压力容器实验和RTFOT滚动薄膜烘箱实验方法进行研究。滚动薄膜烘箱实验方法进行研究。CONTENTS目录研究沥青老化目的研究沥青老化目的1探究沥青老化机理和影响因素探究沥青老化机理和影响因素2探究短期老化和长期老化过程探究短期老化和长期老化过程31. 研究沥青老化目的 什么是沥青老化？沥青老化是指沥青在各种外在条件的综合作用下，发生什么是沥青老化？沥青老化是指沥青在各种外在条件的

3、综合作用下，发生“不可逆不可逆”的化学变化，导致路用的化学变化，导致路用性能的不断劣化，这种性能的不断劣化，这种“变化变化”称为老化。称为老化。 沥青路面在施工过程中不可避免的要对沥青进行反复加热，铺筑好的沥青路面长期处于大自然中，也要受到沥青路面在施工过程中不可避免的要对沥青进行反复加热，铺筑好的沥青路面长期处于大自然中，也要受到阳光特别是紫外线等自然因素的作用，这些均会使沥青性质发生变化，产生老化现象，导致沥青路用性能的衰减。阳光特别是紫外线等自然因素的作用，这些均会使沥青性质发生变化，产生老化现象，导致沥青路用性能的衰减。老化的沥青路面变形能力下降，路面在温度和荷载作用下容易开裂，特别是

4、容易产生网状裂缝，从而导致水分下老化的沥青路面变形能力下降，路面在温度和荷载作用下容易开裂，特别是容易产生网状裂缝，从而导致水分下渗数量增加，加剧路面破坏，缩短沥青路面使用寿命。因此，我们要研究沥青老化的过程，帮助我们更好的进行渗数量增加，加剧路面破坏，缩短沥青路面使用寿命。因此，我们要研究沥青老化的过程，帮助我们更好的进行路面的铺筑和保证路面实际使用时路用性能。路面的铺筑和保证路面实际使用时路用性能。2.1沥青老化机理 外因取决于内因，性能的变化主要还是由于内部的组成和结构变化导致的。研究者发现沥青老化前后组分变外因取决于内因，性能的变化主要还是由于内部的组成和结构变化导致的。研究者发现沥青

5、老化前后组分变化，见图化，见图1。沥青老化后，组成上的变化主要是沥青质增多、芳香分的减少。然而组分的变化的原因是什么，对此。沥青老化后，组成上的变化主要是沥青质增多、芳香分的减少。然而组分的变化的原因是什么，对此各国学者就沥青的老化做了大量的研究工作。目前，关于沥青老化的机理没有统一的定论，各国学者就沥青的老化做了大量的研究工作。目前，关于沥青老化的机理没有统一的定论，Mohamed Ali Dhalaan 1认为沥青的老化主要是因氧化、轻质组分的挥发，以及集料对沥青中组分的选择性吸附或者吸收而造成的。认为沥青的老化主要是因氧化、轻质组分的挥发，以及集料对沥青中组分的选择性吸附或者吸收而造成的

6、。Kefah Muhammad Abdul-rahman 2认为沥青老化是氧化和轻质组分的挥发造成的，并认为氧化贯穿于沥青使认为沥青老化是氧化和轻质组分的挥发造成的，并认为氧化贯穿于沥青使用寿命的全过程。各国学者观点虽然存在差异，但是也有相通之处，沥青包括改性沥青的老化并非哪一种单一的用寿命的全过程。各国学者观点虽然存在差异，但是也有相通之处，沥青包括改性沥青的老化并非哪一种单一的反应，而是包括氧化、挥发、吸附、聚合、团聚、断裂等在反应，而是包括氧化、挥发、吸附、聚合、团聚、断裂等在内的多种反应的综合结果。内的多种反应的综合结果。2.1.1 氧化氧化 目前为止，氧化是被广泛接受的沥青老化机理之

7、一，但是各学者的具体说法也存在不同之处。目前为止，氧化是被广泛接受的沥青老化机理之一，但是各学者的具体说法也存在不同之处。Mohamed Ali Dhalaan1认为沥青氧化分为两种：一是在高温条件下，氧将沥青中轻质组分的氢认为沥青氧化分为两种：一是在高温条件下，氧将沥青中轻质组分的氢“脱出脱出”，沥青发生脱氢反应，沥青发生脱氢反应并生成不饱和键，从而进一步导致聚合反应的发生，生成更高分子量的物质，即树脂转变成沥青质，油分转变成并生成不饱和键，从而进一步导致聚合反应的发生，生成更高分子量的物质，即树脂转变成沥青质，油分转变成树脂。二是在常温下，反应比较慢，而且沥青树脂。二是在常温下，反应比较慢

8、，而且沥青“吸入吸入”氧发生氧化反应，从而生成沥青质、水溶性盐和一些酸。氧发生氧化反应，从而生成沥青质、水溶性盐和一些酸。 很多学者通过试验研究证实了沥青老化氧化反应的存在。很多学者通过试验研究证实了沥青老化氧化反应的存在。Meng Liu 3采用红外光谱对压力老化的沥青进行采用红外光谱对压力老化的沥青进行研究（见图研究（见图2 a），发现沥青经压力老化后出现了羰基），发现沥青经压力老化后出现了羰基C=O和亚砜基和亚砜基S=O，证明了沥青在高温高压下发生了，证明了沥青在高温高压下发生了“吸氧吸氧”氧化反应，并且随着老化时间的延长，其氧化反应越来越严重。但是陈华鑫氧化反应，并且随着老化时间的延长

9、，其氧化反应越来越严重。但是陈华鑫6研究团队发现并非老化都会有羰基研究团队发现并非老化都会有羰基和亚砜基出现和亚砜基出现(见图见图2 b），压力老化），压力老化PAV中容易出现，而热老化中容易出现，而热老化RTFOT中并没有并没有在中并没有并没有在1698cm-1和和1600cm-1处处出现明显的特征峰。可见在压力老化时更容易出现老化，而单纯的热老化时，更倾向于出现明显的特征峰。可见在压力老化时更容易出现老化，而单纯的热老化时，更倾向于“脱氢型脱氢型”氧化反应。氧化反应。2.1.2 吸附和被吸收吸附和被吸收 沥青老化过程中，特别是在高温等条件下，轻质组分容易挥发，同时由于沥青混合料中集料与沥青

10、发生较为亲沥青老化过程中，特别是在高温等条件下，轻质组分容易挥发，同时由于沥青混合料中集料与沥青发生较为亲密的接触，因此轻质组分也容易被集料吸附或者吸收，轻质组分的挥发和被吸收也是很多学者认可的沥青老化机理密的接触，因此轻质组分也容易被集料吸附或者吸收，轻质组分的挥发和被吸收也是很多学者认可的沥青老化机理之一。之一。 Mohamed Ali Dhalaan1认为沥青中轻质组分容易通过蒸发而从沥青中丢失，并且由于它的挥发而导致沥青质认为沥青中轻质组分容易通过蒸发而从沥青中丢失，并且由于它的挥发而导致沥青质比例的上升，并且沥青逐渐由溶胶转变成凝胶。沥青的这种温度敏感易挥发性，可采用薄膜烘箱老化试验

11、来研究和比例的上升，并且沥青逐渐由溶胶转变成凝胶。沥青的这种温度敏感易挥发性，可采用薄膜烘箱老化试验来研究和验证，研究老化后沥青质量的损失情况。其次，闪点也可以在一定程度上表征沥青的这种挥发性，闪点越低越容验证，研究老化后沥青质量的损失情况。其次，闪点也可以在一定程度上表征沥青的这种挥发性，闪点越低越容易挥发，因此各标准例如易挥发，因此各标准例如ASTM（美国材料试验试验协会）和（美国材料试验试验协会）和AASHTO(美国国有公路运输管理员协会）美国国有公路运输管理员协会）等都规定了等都规定了沥青的最低闪点。沥青的最低闪点。 轻质组分除了挥发外，还被混合料中的石料选择性的吸收。沥青中的轻质组分

12、被集料吸附如毛细孔内，且吸附轻质组分除了挥发外，还被混合料中的石料选择性的吸收。沥青中的轻质组分被集料吸附如毛细孔内，且吸附量与集料性能有关，这种吸附不仅减少了有效沥青的量还使得沥青变硬。即导致了沥青质凝胶结构的聚集。量与集料性能有关，这种吸附不仅减少了有效沥青的量还使得沥青变硬。即导致了沥青质凝胶结构的聚集。2.1.3 聚合和团聚聚合和团聚 在老化沥青中，除了表现出组分比例的增减变化外如油分减少、沥青质增多、还表现分子量的增大，以在老化沥青中，除了表现出组分比例的增减变化外如油分减少、沥青质增多、还表现分子量的增大，以及流变性能变化等现象，因此推知沥青的老化还伴随聚合和团聚等反应。及流变性能

13、变化等现象，因此推知沥青的老化还伴随聚合和团聚等反应。 Meng Liu 3采用组分分析法和采用组分分析法和GPC(溶胶渗透分析法）溶胶渗透分析法）研究了沥青老化前后的沥青质、极性芳香分、环烷研究了沥青老化前后的沥青质、极性芳香分、环烷芳香分的含量及分子量的变化情况，发现环烷芳烃含量下降，而沥青质含量上升，而且新增的极性芳烃和沥青质芳香分的含量及分子量的变化情况，发现环烷芳烃含量下降，而沥青质含量上升，而且新增的极性芳烃和沥青质的分子量都比原沥青中这些组分的分子量小，因此认为新增的沥青质由芳烃分经聚合而形成的。即沥青老化后沥的分子量都比原沥青中这些组分的分子量小，因此认为新增的沥青质由芳烃分经

14、聚合而形成的。即沥青老化后沥青质含量增加，并且分子量也有所提高，因此沥青老化过程存在聚合或团聚反应。青质含量增加，并且分子量也有所提高，因此沥青老化过程存在聚合或团聚反应。2.1.4 裂解裂解 改性沥青由于其优异的路用性能而被全世界广泛应用。但是，改性沥青与基质沥青一样存在着老化问题。改性沥青由于其优异的路用性能而被全世界广泛应用。但是，改性沥青与基质沥青一样存在着老化问题。而且问题更为复杂的是改性剂在老化过程中发生了怎样的反应，成为各国学者研究的重点之一。而且问题更为复杂的是改性剂在老化过程中发生了怎样的反应，成为各国学者研究的重点之一。 当研究老化改性沥青的流变性和分子量变化时，发现它与老

15、化基质沥青存在非常大的差异。陈华鑫当研究老化改性沥青的流变性和分子量变化时，发现它与老化基质沥青存在非常大的差异。陈华鑫46、M.S Cortizo 5、等采用动态剪切流变仪（、等采用动态剪切流变仪（DSR）研究老化改性沥青流变性能，改性沥青的流变性及温度敏感性是）研究老化改性沥青流变性能，改性沥青的流变性及温度敏感性是由基质沥青和改性剂共同作用结果，基质沥青经老化后由于轻质油的挥发和沥青质的增多导致沥青变硬，流动由基质沥青和改性剂共同作用结果，基质沥青经老化后由于轻质油的挥发和沥青质的增多导致沥青变硬，流动性变差，而改性沥青经过老化后流动度反而变好，因此可以证明改性剂在沥青老化过程中出现裂解

16、反应，变成性变差，而改性沥青经过老化后流动度反而变好，因此可以证明改性剂在沥青老化过程中出现裂解反应，变成更小的颗粒，增加了沥青的流动性和温度敏感性。更小的颗粒，增加了沥青的流动性和温度敏感性。2.2沥青老化的影响因素（1）热的影响。热能加速沥青分子的运动，除了引起沥青的蒸发外，还能促进沥青化学反应的加速，最终导致）热的影响。热能加速沥青分子的运动，除了引起沥青的蒸发外，还能促进沥青化学反应的加速，最终导致沥青技术性质的降低。沥青技术性质的降低。（2）氧的影响。空气中氧在加热的条件下，能促使沥青组分对其吸收，并产生脱氢作用，使沥青的组分发生移）氧的影响。空气中氧在加热的条件下，能促使沥青组分对

17、其吸收，并产生脱氢作用，使沥青的组分发生移行。（如芳香分转变为胶质，胶质转变为沥青质）行。（如芳香分转变为胶质，胶质转变为沥青质）（3）光的影响。日光特别是紫外线对沥青照射后，能产生光化学反应，促进氧化速率加快，使沥青中羰基、羟）光的影响。日光特别是紫外线对沥青照射后，能产生光化学反应，促进氧化速率加快，使沥青中羰基、羟基、和碳氧基等基团增加。基、和碳氧基等基团增加。（4）水的影响。水在与光、氧、热的共同作用下，能起到催化剂的作用。）水的影响。水在与光、氧、热的共同作用下，能起到催化剂的作用。 3 沥青短期和长期老化实验3.1薄膜加热实验薄膜加热实验 该实验又称薄膜烘箱实验，实验方法是将该实验

18、又称薄膜烘箱实验，实验方法是将50g沥青试样盛于内径沥青试样盛于内径139.7mm、深为、深为9.5mm的铝皿中，使沥青成的铝皿中，使沥青成为厚约为为厚约为3mm的薄膜。把沥青薄膜在的薄膜。把沥青薄膜在162到到164度的标准烘箱中加热度的标准烘箱中加热5h,以加热前后质量损失、针入度比和以加热前后质量损失、针入度比和25度度及及15度的延度值作为评价指标。后来又发展了旋转薄膜烘箱实验，这种实验方法的优点是试样在垂直旋转，沥度的延度值作为评价指标。后来又发展了旋转薄膜烘箱实验，这种实验方法的优点是试样在垂直旋转，沥青膜较薄；能够连续鼓入热空气，以加速老化，使实验时间缩短为青膜较薄；能够连续鼓入

19、热空气，以加速老化，使实验时间缩短为75min；并且实验精度更高。；并且实验精度更高。图图33.2 PAV压力实验压力实验 沥青加速老化实验法（沥青加速老化实验法（PAV）是用高温和压缩的空气对沥青进行加速老化的实验方法，目的是模拟沥青在道）是用高温和压缩的空气对沥青进行加速老化的实验方法，目的是模拟沥青在道路使用过程中发生的长期氧化老化。路使用过程中发生的长期氧化老化。PAV方法的唯一目的是准备老化的胶结料，用作进一步实验和方法的唯一目的是准备老化的胶结料，用作进一步实验和Superpave（高性能沥青路面）（高性能沥青路面）胶结料评估。胶结料评估。 PAV实验的设备系统如图实验的设备系统如

20、图4是由一个压力容器、压力控制设备、温度控制设备、压力与温度测量设备和温度与是由一个压力容器、压力控制设备、温度控制设备、压力与温度测量设备和温度与压力记录系统组成。压力记录系统组成。 实验方法是将实验方法是将TFOT盘放在天平上，向盘中加入盘放在天平上，向盘中加入49.5到到50.5g的沥青，摊铺盛约的沥青，摊铺盛约3.2mm厚的沥青膜。将装有厚的沥青膜。将装有样品的盘放在盘架上然后将其放入压力容器中，关闭容器，设置容器内部的压力和温度，老化结束后放空阀样品的盘放在盘架上然后将其放入压力容器中，关闭容器，设置容器内部的压力和温度，老化结束后放空阀释放压力，并对老化试样进行真空脱气。将盘和盘架

21、取出后放在设定好温度的烘箱中加热，并且对真空烘箱释放压力，并对老化试样进行真空脱气。将盘和盘架取出后放在设定好温度的烘箱中加热，并且对真空烘箱预热，最后从烘箱中取出盘，将含有单一样品的盘中热的残留物单独倒入容器中。刮完最后一个盘后，将容预热，最后从烘箱中取出盘，将含有单一样品的盘中热的残留物单独倒入容器中。刮完最后一个盘后，将容器转移至真空烘箱中。将真空烘箱设定好温度加热，最后以加热前后质量损失、针入度比和器转移至真空烘箱中。将真空烘箱设定好温度加热，最后以加热前后质量损失、针入度比和25度、度、15度的延度的延度值来作为评价指标。度值来作为评价指标。 图图4参考文献1 Mohamed Ali Dhalaan. Characterization and Design of Recycled Asphalt concrete Mixture using Indirect Tensile Test Methods D. The university of