浅谈沥青及沥青混合料老化

摘 要：我国沥青路面发展的历史证明，为了保证路面的质量，除了合理的路面结构和良好的沥青材料以外， 沥青混合料的性能是至关重要的。许多国产沥青路面的使用寿命较短，与沥青混合料的性质，特别是它们的耐老化性能关系密切。因此研究沥青混合料的耐老化机理，增强沥青耐老化性能，对提高沥青路面质量有重要意义。

关键字：沥青；沥青混合料；老化；试验方法

1沥青的老化原因

在路面施工中沥青始终处于高温状态，受热会产生短期老化或施工期老化和热老化；路面使用期内沥青长期在自然环境中，同时还要受到汽车交通等机械应力的作用而产生长期老化或使用期老化。

沥青的短期老化可分为三个阶段： 运输和贮存过程的老化；拌和过程中的老化；拌和后施工期的老化。

沥青老化主要表现为油分的挥发和吸收，与空气中的氧反应，沥青分子结构产生触变导致位阻硬化。由于沥青轻质组分的挥发和吸收主要发生在沥青加热和沥青混合料的拌和、摊铺过程中，因而引起沥青短期老化的主要原因，虽然在施工阶段也发生氧化反应，但它的空间位阻硬化是导致沥青长期老化的主要原因。

2沥青老化的影响因素

老化的影响因素是多方面的，大体分为两种，内部因素和外部因素。两种因素共同影响产生沥青老化。按时间的长短分短期和长期老化。各阶段存在的影响因素同老化的分期如下图1所示。

（1）老化内部因素

内部因素主要是材料自身的组分差异导致。不同产地生产的沥青组分不同导致抗老化性能有较大差异。如沥青粘度，沥青粘度越大，氧气扩散进入沥青分子的难度越大，氧化反应越少，则沥青性质变化较小，相反则较大；生产时是否引入改性剂，也有较大影响。因此，沥青自身的性质必然会影响沥青老化；另外，沥青老化还与在混合料中所处的状态有关，如成型后空隙率和沥青用量等。

（2）老化外部因素

沥青作为路面材料同外界环境接触，且在加工、储存、运输和混合料拌和的过程中一直处于较高温度，加快了沥青各组分的变化。在成型以后，路面长期受外界作用，如日光照射、空气氧化、雨水浸泡、冰雪覆盖、交通负荷等，导致沥青发生挥发、分解、氧化等反应，沥青会逐渐失去粘弹性质产生老化。

3沥青老化试验方法

沥青的老化：路面铺筑是受加热作用，路面建成后受自然因素和交通荷载的作用，沥青的技术性能向着不利的方向发生不可逆的变化。

3.1短期老化试验方法

短期老化是在混合料施工中由于受热使沥青轻质油分挥发和氧化造成。试验方法应体现施工阶段的老化效果，主要采用的有三种方法：烘箱加热法、延时拌和法、微波加热法。其中烘箱加热法被认为模拟施工条件好、方法简便、设备投资费用不高，因而是室内模拟沥青混合料短期老化的最有效方法。

烘箱加热法作为沥青混合料短期老化的试验评价方法，在使用中模拟沥青混合料老化程度，需要控制的重要条件是温度和时间效应。

沥青薄膜加热试验方法为：利用圆盘形盛样皿装50g±0.5g沥青，制成厚度均匀的沥青薄膜，放入烘箱内的转盘上恒温在163℃，并使转盘以 5.5r/min 的速度旋转。持续加热 5h 后，沥青的老化完成。冷却沥青试样并干燥后，测定质量损失和老化后残留物的各项基本指标。

3.2长期老化试验方法

长期老化试验方法主要是研究沥青混合料在压实成型试件后持续氧化效应等因素作用导致的老化。主要有三种方法：

（1）加压氧化（PVA），是对沥青混合料施以低压氧气，使其在短时间内加速老化的一种方法。

（2）延时烘箱加热，本方法是对沥青混合料施以高温强化手段，以达到沥青加速老化的目的。

（3）红外线或紫外线处理。将试件在红外线、紫外线下照射一定的时间，主要模拟太阳光对沥青的老化情况。

延时烘箱加热和加压氧化处理是混合料试验室长期老化方法中最有效的方法。现处于研究阶段的主要是沥青紫外线老化，这一方法考虑到在紫外线的作用下，诱发氧化反应所需氧的影响，还有模拟过程中温度的控制等关键因素，若能较好控制，将会得出更加接近实际的结果。

4沥青混合料老化性能的评价指标

目前国内外通行的评价沥青混合料老化的试验方法分为两类：

（1）对老化的沥青混合料进行各种与路面性能密切相关的物理力学性能试验。

（2）从经过老化的沥青混合料中回收沥青结合料，进行老化后的沥青结合料的性能试验。

评价沥青混合料老化效果的方法分为两方面：对老化后沥青混合料进行力学性能试验和通过回收的方式得到的老化后沥青的性能试验。利用老化后沥青混合料做力学性能试验，包括有静态和动态模量试验、间接拉伸试验、蠕变试验。模量试验可以获得老化全过程中各个阶段的模量数据。间接抗拉试验值增量明显，因此也开始渐渐被重视。从试验室和野外老化沥青混合料中回收沥青，采用针人度、延度、粘度、组分等指标同已有数据对比，作为评价沥青混合料有效性的评估结果。

对于试验的评价需要考虑试验条件、仪器设备的经费、时间长短、实际价值等。

5沥青老化的预防措施

引起沥青老化的原因主要是温度， 即沥青混合料施工温度。

其次是高温保持时间和与空气接触的条件等因素。那么，减轻沥青短期老化的措施就应从这几个方面入手。为减轻沥青的短期老化，可考虑以下几项措施：

（1）在保证沥青混合料拌和、摊铺、碾压技术性能的前提下，尽可能采用比较低的拌合温度，并严格控制不得超过规范规定的最高拌合温度。同时，应尽可能避免在低温季节施工。

（2）尽量缩短沥青混合料的高温保存时间。特别是对拌和好的沥青混合料避免长时间在热贮料仓存放，还应避免混合料运输距离太长，或因拌合设备生产能力与摊铺设备不匹配造成等料时间过长。

（3）在运距长或等料时间长的情况下，一方面为了保证足够的摊铺、碾压温度，势必要提高拌合温度；另一方面，因时间的增长也会造成沥青在运输过程中的老化。另外在运输过程中应加盖蓬布，减少与空气的接触。

6沥青混合料的老化预防措施

（1）尽可能采用比较低的拌和温度；

（2）尽量缩短沥青混合料的高温保温时间；

（3）使用适当的外加剂；

（4）合理进行混合料设计。

尽可能采用密实式混合料，降低空隙率，减少阳光，雨水通过空隙进入混合料内，减轻沥青的氧化和剥落。

7进一步研究

（1）沥青的老化是由轻质油份挥发、沥青的氧化分解及位阻硬化所引起的，氧化及位阻硬化是引起路面使用期过早老化的主要原因。

（2）日本名神高速公路的调查表明，老化后的沥青针入度下降到45，延度低于20M时，路面开裂较多。

（3）德国的研究结果表明，当软化点因老化而升高至54C56℃，表面开裂，软化点较高，裂缝率越大。

（4）我国的研究得出老化对沥青混合料的破坏劲度模量有显著影响，破坏劲度模量对老化水平的回归模型有很好的线性相关性。老化是使得路面发生低温开裂的重要原因，为了避免低温开裂，应当采用较大的油石比，矿粉用量不宜过多。

参考文献

[1] 沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能[M]. 北京：人民交通出版社， 2006.

[2] 汪东杰， 等. 沥青抗老化指标探讨[J]. 公路交通科技， 2003， 6（ 3） ： 15- 18.

[3] 朱静， 等. 沥青老化过程中温度敏感性的研究[J]. 燃料与化工， 2001， （ 1） ： 30- 32