司應(yīng)舉

【摘 要】瀝青在大氣、陽光紫外線、溫度等因素下易老化，而喪失粘塑性，變得脆硬、干澀、抗磨性能降低，在行車荷載作用下會(huì)出現(xiàn)松散、裂縫以至大片龜裂現(xiàn)象，本文通過瀝青四組分法和薄膜烘箱熱氧老化法，探索瀝青經(jīng)過熱氧老化后，各種成分的變化規(guī)律來探索瀝青熱老化規(guī)律。瀝青的老化主要受溫度和齡期影響，故采用單一控制變量法，對瀝青進(jìn)行不同老化溫度（153℃、163℃、173℃，老化時(shí)間不變）或不同老化時(shí)間（5h、10h、15h，老化溫度不變）下老化后的瀝青樣進(jìn)行四組分研究，以找出其變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：隨著老化溫度的提高和老化時(shí)間的延長，瀝青質(zhì)含量開始緩慢上升，然后緩慢下降，最后迅速上升，飽和分含量沒有明顯變化，芳香分含量下降，膠質(zhì)含量變化規(guī)律不明顯。

【關(guān)鍵詞】熱老化；四組分；時(shí)間；溫度

0 引言

瀝青是一種復(fù)雜的有機(jī)混合物，長時(shí)間暴露在空氣中， 受到空氣（氧化作用）、日光（紫外線作用）、氣溫、降水及車輛重復(fù)荷載等作用， 產(chǎn)生一系列氧化、揮發(fā)、聚合， 乃至瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， 最終導(dǎo)致瀝青路用性能逐漸衰退[1]。 因而研究瀝青的老化規(guī)律及老化機(jī)理， 具有重要的戰(zhàn)略實(shí)踐意義，也是解決我國公路瀝青路面所面臨的重要問題。長安大學(xué)材料學(xué)院[2]從2002年至今都在對其普通瀝青熱老化四組分變化規(guī)律研究，從研究成果上看是有非常好的成果的，對瀝青路面的應(yīng)用方面，以及對改性瀝青方面的研究是有很多的研究成果。在道路建設(shè)過程中以及對瀝青路面的養(yǎng)護(hù)過程中用更加科學(xué)的方法來延長瀝青路面的壽命，起到了非常好的效果。 武漢工程大學(xué)[3]對SBS改性瀝青熱老化過程四組分變化規(guī)律研究，它把普通瀝青進(jìn)行了SBS改性，讓瀝青性能得到了改善，在抗老化方面有更好的表現(xiàn)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)所用原材料為新疆克拉瑪依90#A級瀝青。

（2）設(shè)計(jì)方案：

1）瀝青針入度試驗(yàn)在老化時(shí)間（5h）不變，老化溫度呈（153℃、163℃、173℃）變化規(guī)律研究。老化溫度（163℃）不變，老化時(shí)間呈（5h、10h、15h）變化規(guī)律研究。

2）瀝青延度試驗(yàn)是在老化時(shí)間（5h）不變的情況下，老化溫度呈（153℃、163℃、173℃）的變化規(guī)律研究。在老化溫度（163℃）不變，老化時(shí)間呈（5h、10h、15h）的變化規(guī)律研究。

3）瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)是在老化時(shí)間（5h）不變的情況下，老化溫度呈（153℃、163℃、173℃）的變化規(guī)律研究。在老化溫度（163℃）不變，老化時(shí)間呈（5h、10h、15h）的變化規(guī)律研究。

4）瀝青化學(xué)組分研究，研究其老化瀝青四組分含量變化規(guī)律，即是1g瀝青中的瀝青質(zhì)含量、飽和分含量、芳香分含量、膠質(zhì)含量的百分比隨老化時(shí)間變化和老化溫度變化的變化規(guī)律。

（3）試驗(yàn)方法主要包括針入度、軟化點(diǎn)、延度及四組分，參照規(guī)范[4]。

2 結(jié)果分析

（1）針入度

將瀝青樣保持老化時(shí)間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其25℃時(shí)的針入度值，分別為84℃、78.6℃、66.4℃。針入度隨老化溫度的上升而逐漸下降。瀝青出現(xiàn)了老化，老化溫度越高，瀝青性能損失越大，黏稠度越強(qiáng)，隨著瀝青性能的損失，會(huì)表現(xiàn)出瀝青變硬，脆性增加，易碎性加大，導(dǎo)致瀝青整體結(jié)構(gòu)的破壞。

將瀝青樣保持老化溫度163℃不變，分別老化時(shí)間5h、10h、15h，測試其25℃時(shí)的針入度值，分別為78.6℃、64.8℃、60.7℃。針入度隨老化時(shí)間的增加而逐漸減弱，導(dǎo)致瀝青組分質(zhì)量含量的變化，出現(xiàn)瀝青粘稠度變大瀝青變硬的情況，瀝青針入度才會(huì)逐漸減弱。

（2）延度

將瀝青樣保持老化時(shí)間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其10℃時(shí)的瀝青延度，分別為80.0℃、75.2℃、63.8℃，瀝青延度隨著老化溫度的增加而逐漸少，減少的幅度比較緩慢。隨著老化溫度的上升，瀝青塑性開始下降，導(dǎo)致瀝青延度的下降。瀝青延度越高，塑性越高，瀝青性能越好。

將瀝青樣保持老化溫度163℃不變，分別老化時(shí)間5h、10h、15h，測試其10℃時(shí)的瀝青延度，分別為75.2℃、66.9℃、43.1℃，瀝青延度隨著老化時(shí)間的增加而逐漸減少，減少的幅度比較大。

（3）軟化點(diǎn)

將瀝青樣保持老化時(shí)間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其瀝青軟化點(diǎn)，分別為46.5℃、46.8℃、49.3℃，瀝青軟化點(diǎn)隨著老化溫度的升高而逐漸升高，說明在老化溫度153℃、163℃時(shí)瀝青的感溫性和高溫穩(wěn)定性更好。

將瀝青樣保持老化溫度163℃不變，分別老化時(shí)間5h、10h、15h，測試其瀝青軟化點(diǎn)，分別為46.8℃、51.4℃、52.1℃，瀝青軟化點(diǎn)隨著老化時(shí)間的延長而增大。老化時(shí)間5h到10h變化較快，15h后變化較為平緩，表明瀝青在老化溫度（163℃）不變、老化時(shí)間5h時(shí)的感溫性最好。

（4）四組分

將瀝青樣保持老化時(shí)間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其瀝青四組分含量，結(jié)果見圖2.1。

圖2.1 瀝青四組分含量隨老化溫度變化曲線圖

從圖2.1知：當(dāng)老化時(shí)間（5h）不變，老化溫度變化時(shí)，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量在瀝青熱老化過程中，含量隨著老化溫度的升高而逐漸增多，然而瀝青質(zhì)含量變化不是很明顯，膠質(zhì)含量隨老化溫度的升高變化較大。飽和分和芳香分的含量則是隨老化溫度的升高而逐漸降低，芳香分含量降低比飽和分降低快，然而飽和分含量隨老化溫度的升高變化不是很大，芳香分含量隨老化溫度的升高而變化較大。

將瀝青樣保持老化溫度163℃不變，分別老化時(shí)間5h、10h、15h，測試其瀝青四組分含量，結(jié)果圖2.2。

圖2.2 瀝青四組分含量隨老化時(shí)間變化曲線圖

從圖2.2可知：瀝青在老化溫度（163℃）不變，老化時(shí)間變化的過程中，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量是隨老化時(shí)間上升而上升的，膠質(zhì)含量上升的幅度比瀝青質(zhì)上升的幅度快。然而飽和分、芳香分含量是隨老化時(shí)間上升而下降的，隨著老化時(shí)間在下降的過程中，飽和分含量下降比芳香分含量下降要慢。在瀝青老化過程中，瀝青的飽和分和芳香分組分含量經(jīng)過氧化作用，紫外線作用等轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青質(zhì)和膠質(zhì)，從而使得瀝青性能的降低。

3 結(jié)論

（1）老化對瀝青的各項(xiàng)性能均具有較大的影響，瀝青延度減小、針入度減小、軟化點(diǎn)增加。在不同老化溫度和不同老化時(shí)間的變化過程中，延度、針入度、軟化點(diǎn)的變化快慢是不一樣的，老化使瀝青的組分含量發(fā)生改變，導(dǎo)致瀝青的性能發(fā)生變化。

（2）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，隨著瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量的增多，瀝青粘度有增大的趨勢，軟化點(diǎn)升高。而飽和分和芳香分的含量則對瀝青延度和針入度影響較大，時(shí)間相同的條件下，隨著老化溫度的升高，飽和分含量變化不明顯，芳香分含量逐漸降低，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量逐漸增多。老化溫度相同的條件下，隨著老化時(shí)間的增長，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量增加比較明顯，然而飽和分和芳香分的含量逐漸降低。通過對瀝青高溫老化前后的性能分析，在老化過程中，瀝青的輕質(zhì)組分有一部分揮發(fā)了，有一部分被氧化成了瀝青質(zhì)和膠質(zhì)，瀝青總體的質(zhì)量變化還是減少。

（3）因?yàn)橛捎诜枷惴?、飽和分含量比較多，所以瀝青延度大增，但由于其瀝青質(zhì)含量也比較多并且對其粘度影響比較大，所以軟化點(diǎn)反而升高了。對比試驗(yàn)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，不同老化時(shí)間和不同老化溫度對瀝青四組分的含量有一點(diǎn)的差別，所以瀝青四組分含量必須要盡量協(xié)調(diào)，才能使瀝青的性能得到最好的表現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬濉溪.瀝青老化影響因素及評價(jià)指標(biāo)分析[J].山西建筑.2007.04，33（12）.

[2]趙斌.瀝青混合料熱再生機(jī)理及技術(shù)性能研究[D].長安大學(xué)，2012.

[3]尹麒.SBS改性瀝青熱老化過程中四組分變化規(guī)律研究[J]. 化學(xué)工程與裝備，2013，07.

[4]JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S]. 北京：人民交通出版社.endprint