沥青老化评价指标分析及老化程度研究
老化沥青性能试验研究
一、理论基础 1.4 组分法。我国习惯采用 4 组分法，目前已经成为国际上 通用的沥青组分评价方法。4 组分法即色谱分析法，该方法将沥 青分解成沥青质、饱和分、芳香分和胶质 4 种组分。这种组分试 验方法的特点是试验速度快，组分与沥青结构关系密切，但试验 操作的要求较高。 2.沥青老化理论。饱和分主要由正构烷烃、异构烷烃和环烷 烃组成，其平均相对分子质量为 300~1 000。沥青老化时，饱和 分主要发生断链反应，生成低沸点的小分子，受热挥发引起含量
路桥建设
ROAD & BRIDGE CONSTRUCTION
河南中原高速公路股份有限公司 赵 欢 任占伟
据统计，2004 年起，中国每年将有 12%的沥青路面因老化而 需要翻修，所废弃的沥青混合料多达 1 900 万 t，而且这一数字还 将以每年 15%的速度增长。沥青是不可再生资源，为了变废弃 的沥青混合料为“宝”，人们开始用各种添加剂对老化沥青进行 改性，以便进行回收利用。本文，笔者将催化裂化油浆、轮胎裂 化油 2 种添加剂加入到老化沥青中，利用 4 组分法测定老化沥青 组分的变化规律，并为筛选添加剂提供依据。
四、结论 膨胀岩多为极软岩，其矿物成分主要为蒙脱石、伊利石等黏 土矿物和碎屑矿物，其中蒙脱石和伊利石，具有吸水量大，快速 膨胀与收缩等特性，使膨胀岩土具有超固结性、多裂隙性和胀缩 性的特点，局部尚存在层间结构面和软弱夹层等软弱结构面，抗 剪强度低，对渠道边坡的稳定极为不利，易发生滑坡、坍塌等危 险，对工程的安全运行影响很大，而且其处理难度、处理的工程 量及投资也较大，因此，膨胀岩土的处理是南水北调中线工程的 主要技术问题之一。而提出对膨胀岩处理的合理化、可行性建 议就显得尤为重要。禹长二标膨胀岩边坡依据室内试验成果， 并结合现场裂隙的统计结果，从水文地质条件、现场膨胀岩土的 地质特征、埋藏深度及施工因素等方面进行分析后，提出了采用 复合土钉墙或抗滑桩等防护工程措施的处理建议。在工程实际 施工中采用了抗滑桩防护工程措施处理方案，抗滑桩设置于渠 道两侧一级马道上，桩身采用 C25 钢筋混凝土方桩，桩宽×高为 1.5 m×2.8 m，桩间距 6 m，桩长 15 m，桩顶高程与换填面底部高程 齐平。这一措施的实施取得了良好的效果，保证了工程施工的 顺利进行。HK
沥青抗老化性能评价指标
第2期
李宁利，等：沥青 抗老化性能评价指标
81
性能最好，埃索沥青的抗老化性能最差．由此可见，不同老化阶段，各沥青表现出来的抗老化性能不同，短
期老化阶段抗老化性能好的沥青到长期老化阶段未必好，例如盘锦沥青．
中交二公局第六工程有限公司陕西西安710075摘要为了准确合理地评价沥青的抗老化性能通过基质沥青和sbs改性沥青老化前后的三大指标试验和粘度试验对沥青的抗老化指标进行分析
第 42 卷 第 2 期 Vol.42 No.2
河北 工 业 大 学 学 报 JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中用来评价沥青抗老化性能的指标为薄膜烘箱或旋转薄 膜烘箱后的沥青残留针入度比、残留延度及质量损失．在沥青老化过程中，轻质油分的挥发使沥青变轻，但 与空气中的氧气发生化学反应，又使沥青增重，从整体上很难判断沥青性能发生了多大变化．因此，质量损 失并不能准确地评价沥青的抗老化性能．本文主要讨论沥青老化过程中三大指标和粘度变化，并提出合理准 确评价基质沥青和 SBS 改性沥青的抗老化指标．
度比及老化指数均可以用来评价基质沥青和 S BS 改性沥青的抗老化性能．
关 键 词 基质沥青；SBS 改性沥青；抗老化 性能；评价指标
中图分类号 U414
文献标志码 A
Evaluation index of the performance of aging resistance of asphalt
文章编号：1007-2373 (2013) 02-0080-04
沥青老化指标的分析与研究
沥青老化指标的分析与研究n沥青在贮运、加工、施工及使用过程中，由于长时间地暴露在空气中，在风雨、温度变化等自然条件的作用下，会发生一系列的物理及化学变化，如蒸发、脱氢、缩合、氧化等等。
此时，沥青中除含氧官能团增多外，其它的化学组成也有所变化，最后使沥青逐渐硬化变脆开裂，不能继续发挥其原有的作用。
沥青所表现出的这种胶体结构、理化性质或机械性能的不可逆变化称为老化。
n沥青是由多种极其复杂的碳氢化合物和它们的非金属衍生物组成的混合物，属于热塑性的高分子树脂材料，受热时会发生分解或聚合反应，并改变分子结构和分子量，引起内部化学组分的转化，最后使沥青逐渐硬化变脆开裂，导致性能下降从而不能继续发挥其原有的作用。
沥青混合料中沥青作为骨料的粘结剂，在储存、运输、施工及使用过程中，由于长时间地暴露在空气中，受环境因素如氧气、阳光、水及温度变化等自然条件的作用下，会发生一系列的物理及化学变化，如挥发、氧化、聚合等，乃至沥青内部结构发生变化。
随着组分的慢慢转化，沥青的流动性变小，稠度逐渐增大并变硬，直到粘结料完全失去塑性没有固结矿料的能力，从而导致路面破损严重影响路用性能。
沥青的老化过程n运输、贮存、加热过程中的老化沥青从炼油厂炼制出来以后，直至拌制沥青混合料之前，沥青的热态贮存、热态运输、在储油罐内预热、配油釜内调配等过程，往往要经历很长时间。
在此过程中，由于温度升高加速分子的运动，除引起沥青蒸发外，还能引起沥青发生某些物理化学变化。
这一时期沥青老化的机理主要是：（1）由于受热使沥青中的轻质油分不断挥发，使沥青变硬变脆，粘结性降低；（2）储油罐表面的沥青与空气接触，与空气中的氧气发生一些聚合反应，沥青也会发生一定程度的老化；（3）沥青在管道内不断运行并由储罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积增大，沥青将发生氧化反应。
由于这一段时间内沥青还贮存在储油罐内，沥青的数量多、深度深，接触加热源及空气的面积较小，所以老化并不严重，一般不予考虑。
沥青老化试验方法
沥青老化试验方法
沥青老化试验方法主要包括以下几种：
1.动态刚度试验（Dynamic Shear Rheometer，DSR）：该试验方法通过测量沥青在不同温度和应变速率下的动态刚度变化，来评估沥青的老化程度。
一般使用DSR仪器进行试验，测量参数包括复位剪切模量、相角、频率等。
2.动态弹性模量试验（Dynamic Modulus，DM）：该试验方法通过施加周期性应力和应变来测量沥青的弹性模量。
试验过程中，会改变温度和频率等条件，来模拟实际使用环境下的老化情况。
3.扫频拉伸试验（Frequency Sweep Test）：该试验方法在一定应变幅值下，通过改变频率来测量沥青的弹性模量和黏性，从而评估沥青的老化情况。
4.动态回弹试验（Dynamic Repeated Loading Test）：该试验方法通过施加周期性的应力和应变来模拟现场交通载荷，测量沥青的回弹性能，从而评估沥青的老化程度。
5.扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）观察：SEM可以观察沥青内部和表面的微观形貌，从而判断沥青的老化程度。
6.红外光谱分析法（Infrared Spectroscopy，IR）：该方法通过测量沥青在不同波长下的红外吸收光谱，来判断沥青中功能基团的变化，从而评估沥青的老化情况。
以上是常用的沥青老化试验方法，通过这些方法可以对沥青的老化情况进行评估和分析。
沥青混合料老化分析
沥青混合料老化分析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裸露在自然环境中，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。
按时間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。
延度沥青老化指标
延度沥青老化指标延度沥青老化指标是衡量沥青材料老化程度的重要指标之一。
在道路建设和维护中，沥青的老化会导致路面质量下降，从而影响驾驶的安全性和舒适性。
因此，了解和掌握延度沥青老化指标对于道路工程师和相关从业人员来说至关重要。
延度沥青老化指标是指沥青材料在一定温度和时间下的变形性能。
通过对沥青样品进行延度试验，可以获得延度值，用以评估沥青的老化程度。
延度是指沥青在特定温度下受力后的变形量，通常以0.1mm为单位进行测量。
延度沥青老化指标越大，说明沥青材料越容易发生变形，老化程度越高。
延度沥青老化指标的测定方法比较简单，主要是通过延度试验仪进行实验。
首先，将沥青样品置于延度试验仪的试验槽中，并设置合适的温度和加载速率。
然后，施加恒定的力，让沥青样品发生变形，通过延度试验仪测量变形量。
最后，根据延度值，可以评估沥青的老化程度。
延度沥青老化指标受多种因素的影响，其中温度是最主要的因素之一。
在高温环境下，沥青会加速老化，延度值也会增加。
此外，紫外线辐射、氧化作用、水分和化学物质的侵入等也会导致沥青老化。
因此，在道路建设和维护中，需要采取一系列措施来减缓沥青老化的速度，如使用添加剂、合理控制施工温度等。
延度沥青老化指标对于道路工程的质量控制和设计具有重要意义。
通过合理选择沥青材料，控制施工温度以及采取有效的防护措施，可以延缓沥青的老化过程，提高道路的使用寿命和安全性。
此外，对延度沥青老化指标的深入研究，还可以为新材料的研发和改进提供科学依据。
延度沥青老化指标是评估沥青材料老化程度的重要指标，对于道路工程的设计和质量控制至关重要。
通过合理选择材料、控制温度以及采取防护措施，可以延缓沥青的老化过程，提高道路的使用寿命和安全性。
道路工程师和从业人员应该深入研究和了解延度沥青老化指标，以提高道路工程的质量和可靠性。
沥青老化影响因素及评价指标分析
下 ｉ — Ｒ－Ｒ・ ２ Ｒ０ 。 Ｒ ； ＋０ 一 ｏ－
及老化机理 ， 有重要 的战略实践 意义。 具
沥青面层的低温裂缝和温度疲 劳裂缝 ， 以及高 温条件下 的车 ３ ０ｎ －４ ０ｎｑＵＶ—Ｂ波长 为， ９ ｒ～３０ｎｑ
辙、 推挤 、 壅包 等永久形 变等 与沥青 的性质有 很大关 系 。沥青 在 主要是 ｃ—Ｈ， ｃ—Ｏ和 Ｃ Ｃ键 ， 尽管 Ｃ Ｃ键能总值为 ６ ３ ３ｋ／ ｌ １ ． Ｊｍｏ，
化， 最终导致沥青路用性 能逐 渐衰退 。因而研 究沥青 的老化规 律
—
根据光 氧化机理 ， 沥青材料受到 紫外 线辐 射后 ， 的 ｃ—Ｈ， 它 ｃ Ｃ， Ｃ键 断裂 ， Ｃ 生成 了 自由基 Ｒ－Ｒ・ ０ 反应 ， ， 与 ２ 其反应过 程如 在 光一 氧一 热作用下引起 沥青老化 ， 老化后沥 青 中的轻 质成
１ ３ 老 化 时 间 ．
时间在很大程 度上 决定 了沥 青的性 能变 化。随着 老化 时 间
沥青 中蜡含量都会影 响测 定结果。 ４ 沥青 作 为一种具 有流 变性 的材料 ， ） 经加热 老化后 ， 稠度增
加， 粘度也将 变大。老化后沥青粘度 的增 加与老化 时间 的延长 有
的延长 ， 针入度 近似 指数式地下 降 ； 软化点逐 渐升高 ； 度明显下 延 降； 沥青粘度 的增加与老化时 间的延长 有近似的线性 关系。
． 生成沥青质 ， 沥青组成 之 间的转化 可 以简单 表示 成 ： 芳香 酚 ） ２ １ 常规评 价 指标 Ａ（ １ 针人度 反映了沥青在一 定荷载作用下 的变形 能力 ， 般针 ） 一 一Ｒ 胶质 ） （ 一 （ 沥青质 ） 。深度老化进一步转化成分子量 更高 的
沥青老化指标的分析与研究
沥青老化指标的分析与研究n沥青在贮运、加工、施工及使用过程中，由于长时间地暴露在空气中，在风雨、温度变化等自然条件的作用下，会发生一系列的物理及化学变化，如蒸发、脱氢、缩合、氧化等等。
此时，沥青中除含氧官能团增多外，其它的化学组成也有所变化，最后使沥青逐渐硬化变脆开裂，不能继续发挥其原有的作用。
沥青所表现出的这种胶体结构、理化性质或机械性能的不可逆变化称为老化。
n沥青是由多种极其复杂的碳氢化合物和它们的非金属衍生物组成的混合物，属于热塑性的高分子树脂材料，受热时会发生分解或聚合反应，并改变分子结构和分子量，引起内部化学组分的转化，最后使沥青逐渐硬化变脆开裂，导致性能下降从而不能继续发挥其原有的作用。
沥青混合料中沥青作为骨料的粘结剂，在储存、运输、施工及使用过程中，由于长时间地暴露在空气中，受环境因素如氧气、阳光、水及温度变化等自然条件的作用下，会发生一系列的物理及化学变化，如挥发、氧化、聚合等，乃至沥青内部结构发生变化。
随着组分的慢慢转化，沥青的流动性变小，稠度逐渐增大并变硬，直到粘结料完全失去塑性没有固结矿料的能力，从而导致路面破损严重影响路用性能。
沥青的老化过程n运输、贮存、加热过程中的老化沥青从炼油厂炼制出来以后，直至拌制沥青混合料之前，沥青的热态贮存、热态运输、在储油罐内预热、配油釜内调配等过程，往往要经历很长时间。
在此过程中，由于温度升高加速分子的运动，除引起沥青蒸发外，还能引起沥青发生某些物理化学变化。
这一时期沥青老化的机理主要是：（1）由于受热使沥青中的轻质油分不断挥发，使沥青变硬变脆，粘结性降低；（2）储油罐表面的沥青与空气接触，与空气中的氧气发生一些聚合反应，沥青也会发生一定程度的老化；（3）沥青在管道内不断运行并由储罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积增大，沥青将发生氧化反应。
由于这一段时间内沥青还贮存在储油罐内，沥青的数量多、深度深，接触加热源及空气的面积较小，所以老化并不严重，一般不予考虑。
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表１ 道 路 石 油 沥 青 拌 和 前 后 沥 青 性 质 的 变 化
等 等 。此 时 ， 沥青 中除含 氧官 能团增 多外 ， 其它 的化 学组 成也 有所 变化 ， 最后使 沥青 逐渐 硬化 变脆开 裂 ，
不 能继续 发挥 其原有 的作 用 。沥青所 表现 出的这种
２ ０ １ ４年
第 ７期
汪
莹： 沥青老化评 价指标分析及老化程度研究
一 ６ １一
起沥青的老化 ， 导致沥青老化的因素除了水分 与紫
外线 作用 外 ， 还 与三个 化学 成 分 的因素 有关 。 ① 由于 挥发 或骨 料 的吸 收使低 分 子油分 含 量减
少；
相关试验结 果来分析指 标和老化性能之 间的相关 陛。
但 是对 于已经经过高热拌 和的沥青混 合料来
说， 轻质 油分 的挥 发 损 失 不 再是 沥青 老化 的主 要 因
素， 而与 大气 中氧 的反 应 及 分 子 结 构 的变 化 将 是 沥 青路 面使 用期 老化 的主要 原 因 。但 老化 的进 程是 一
降、 延度 减小 、 软化 点升 高 。 （ ２ ） 沥青加 热拌 和及铺 筑 过程 中的老 化
分析 ， 为后 期进行 旧沥 青再 生 及 旧沥 青混 合 料 性 能 的改 善提供 一定 的参 考依据 。 １ 沥 青老化 的涵 义 沥青混 合料 中沥 青作 为骨料 的粘 结剂 ， 在贮 运 、
汪 莹
（ 南京交通职业技术学院 南京市 ２ １ １ １ ８ ８ ）
摘
要： 通过研究沥青老化 的过程及规律 ， 在对 现行规 范中评 价沥青老化 的各项指标进行试验分析 的基础上 ，
回归 了沥青 的老化指标与老化时间之间的关系 ， 采 用综 合指标来 确定沥青 老化 的速率及 界定老化 的等级 ， 为后期 进行 旧沥青再生及 旧沥青混合料性能 的改善提供一定的参考依据。
关键词 ：老化 ； 评价指标 ； 老化 速率 ； 老化等级
与传统 的沥青路 面维修方式 相比， 沥青路面再
生技 术不但 能够 节约 大量 的沥青 、 砂石 等原 材料 ， 节
２ 沥青老化 的 过程
沥青 的老化 直接 影 响了路 面 的寿命 和性 能 。从
省 工程 投 资与施工 费 用 ， 同时有利 于处 理废料 ， 保 护 环境 ， 因而 具有显 著 的经济效 益 、 环境 效益 和社会 效
（ １ ） 质量 损 失
由于在 老 化过 程 中 ， 轻 质油 分 的挥发 将 使 沥青
变轻 ， 但与空气 中的氧气发生化学反应 ， 又使沥青增
重 。一个 变轻 ， 一个 增重 ， 从 整 体上来 讲很 难判 断沥
青 的性 能 起 了多大 程 度 的 变化 ， 所 以选 用 质量 的损 失来评 价 沥青 的抗 老化性 能不 理想 。
加工 、 施工及使用过程中， 由于长时间地暴露在空气 中， 在风雨 、 温度变化等 自然条件的作用下 ， 会发生
一
系列的物理及化学变化 ， 如蒸发、 脱氢、 缩合、 氧化
集 料 和填 料 混合 搅 拌 时被 沥 青膜 所 裹 覆 ， 其 薄 膜 厚度 一 般 在 ５～１ ５ ） ｘ ｍ。沥 青 在 拌 和 机 内 与热 矿 料 混合 ， 其温 度 高 达 １ ６ ０—１ ８ ０ ￣ Ｃ， 沥青 一 方 面 突然 经 受高 温 ， 一 方面 又接触 热空 气 ， 加 速 了沥青 组分挥 发 和沥青 氧化 ， 沥 青 在 此 阶段 的 老 化 是 最 严 重 的 。 表 １ 是拌 和前 后 沥青 性 质 变化 的实 测 值 ， 针 入 度 下
件， 测得马歇尔稳定度高达 １ ６ ． ５ ｌ ｋ Ｎ ， 但流值却仅为
１ ３ （ ０ ． １ ｍｍ） 。
※基金项 目： 江苏省 节能减排 中心项 目（ Ｊ Ｎ ２ ０ １ ２ ０ ３ ）
（ ３ ） 沥青路面使用过程中老化
在 路 面使用过 程 中 ， 由于环境 因 素及荷 载 因素 ， 特别是 在水 分 、 紫外线 、 氧 气 的 长 期作 用 下 ， 也 会 引
益 。本 文通 过对 沥青 老化指 标 和老化 程度进 行试 验
沥青的使用过程而言， 沥青 的老化可分为三个阶段 ：
（ １ ） 运输 、 储存、 加 热过 程 中的老化 沥青 自从 炼油 厂 炼 制 出来 后 ， 一 直装 在 保 温 的 沥青 罐 内 ， 经历 热态 储存 、 热态 运输 、 储油 罐 内预热 、 配 油罐 内调配 等过 程 ， 由于 受 热使 沥 青 中的 轻质 油 分 不 断挥 发 ， 沥青 变 硬 、 变脆 、 黏结 性 降低 。若 与空 气 接触 ， 还会使 沥青 发生 氧化反 应 ， 促使其 针入 度下
② 由于 同大气 中的氧 发生 反应 使 沥青 的化 学结
构发 生变 化 ；
③分 子 间形成 可 导 致触 变 效 应 的结 构 （ 位 阻硬
化） 。
（ ２ ） 沥青 性 能质变 与 原样 沥 青 性 能指 标值 的相
对 值 沥青 在不 同老化 温度 和老 化时 间下 的性 能 指标
一
６ ０一
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３—６ ０ ５ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ７— ０ ０ ６ ０— ０ ６
北 方 交 通
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ １ ４ ． ０ １
２ ０ １ ４年
文献标识码 ： Ａ
第 ７期 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
沥青 老化 评 价 指 标分 析及 老 化 程 度研 究
胶体结构 、 理化性质或机械性能的不可逆变化称为
老化 。
这种 老化作 用 的突 出表现 是沥青 混合 料 中所 含
的沥青结合料黏度增大 ， 沥青面层呈脆硬状 ， 其可塑 性和变形能力 降低。这种沥青混合 料尽管强度很 高， 但 由于过分脆硬， 在行车荷载的作用下 ， 路 面容
易 出现龟 裂 。曾有 人 从 使用 １ Ｏ年 以上 的 已出现 严 重龟 裂 的 旧沥青路 面 中取 样 ， 重新加 热拌 和 ， 成 型试