普通瀝青熱老化后四組分變化規律研究

司應舉

【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出現松散、裂縫以至大片龜裂現象，本文通過瀝青四組分法和薄膜烘箱熱氧老化法，探索瀝青經過熱氧老化后，各種成分的變化規律來探索瀝青熱老化規律。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，對瀝青進行不同老化溫度（153℃、163℃、173℃，老化時間不變）或不同老化時間（5h、10h、15h，老化溫度不變）下老化后的瀝青樣進行四組分研究，以找出其變化規律。研究結果表明：隨著老化溫度的提高和老化時間的延長，瀝青質含量開始緩慢上升，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，膠質含量變化規律不明顯。

【關鍵詞】熱老化；四組分；時間；溫度

0 引言

瀝青是一種復雜的有機混合物，長時間暴露在空氣中， 受到空氣（氧化作用）、日光（紫外線作用）、氣溫、降水及車輛重復荷載等作用， 產生一系列氧化、揮發、聚合， 乃至瀝青內部結構發生變化， 最終導致瀝青路用性能逐漸衰退[1]。 因而研究瀝青的老化規律及老化機理， 具有重要的戰略實踐意義，也是解決我國公路瀝青路面所面臨的重要問題。長安大學材料學院[2]從2002年至今都在對其普通瀝青熱老化四組分變化規律研究，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。在道路建設過程中以及對瀝青路面的養護過程中用更加科學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[3]對SBS改性瀝青熱老化過程四組分變化規律研究，它把普通瀝青進行了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。

1 原材料及試驗方法

（1）試驗所用原材料為新疆克拉瑪依90#A級瀝青。

（2）設計方案：

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

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

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

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

（3）試驗方法主要包括針入度、軟化點、延度及四組分，參照規范[4]。

2 結果分析

（1）針入度

將瀝青樣保持老化時間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其25℃時的針入度值，分別為84℃、78.6℃、66.4℃。針入度隨老化溫度的上升而逐漸下降。瀝青出現了老化，老化溫度越高，瀝青性能損失越大，黏稠度越強，隨著瀝青性能的損失，會表現出瀝青變硬，脆性增加，易碎性加大，導致瀝青整體結構的破壞。

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

（2）延度

將瀝青樣保持老化時間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其10℃時的瀝青延度，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，分別老化時間5h、10h、15h，測試其10℃時的瀝青延度，分別為75.2℃、66.9℃、43.1℃，瀝青延度隨著老化時間的增加而逐漸減少，減少的幅度比較大。

（3）軟化點

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

將瀝青樣保持老化溫度163℃不變，分別老化時間5h、10h、15h，測試其瀝青軟化點，分別為46.8℃、51.4℃、52.1℃，瀝青軟化點隨著老化時間的延長而增大。老化時間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、老化時間5h時的感溫性最好。

（4）四組分

將瀝青樣保持老化時間5h不變，分別老化153℃、163℃、173℃，測試其瀝青四組分含量，結果見圖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：當老化時間（5h）不變，老化溫度變化時，瀝青質和膠質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，然而瀝青質含量變化不是很明顯，膠質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，分別老化時間5h、10h、15h，測試其瀝青四組分含量，結果圖2.2。

圖2.2 瀝青四組分含量隨老化時間變化曲線圖

從圖2.2可知：瀝青在老化溫度（163℃）不變，老化時間變化的過程中，瀝青質、膠質含量是隨老化時間上升而上升的，膠質含量上升的幅度比瀝青質上升的幅度快。然而飽和分、芳香分含量是隨老化時間上升而下降的，隨著老化時間在下降的過程中，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過氧化作用，紫外線作用等轉變為瀝青質和膠質，從而使得瀝青性能的降低。

3 結論

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

（2）從實驗結果可以得出，隨著瀝青質和膠質含量的增多，瀝青粘度有增大的趨勢，軟化點升高。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，瀝青質和膠質含量逐漸增多。老化溫度相同的條件下，隨著老化時間的增長，瀝青質和膠質含量增加比較明顯，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，瀝青的輕質組分有一部分揮發了，有一部分被氧化成了瀝青質和膠質，瀝青總體的質量變化還是減少。

（3）因為由于芳香分、飽和分含量比較多，所以瀝青延度大增，但由于其瀝青質含量也比較多并且對其粘度影響比較大，所以軟化點反而升高了。對比試驗結果不難發現，不同老化時間和不同老化溫度對瀝青四組分的含量有一點的差別，所以瀝青四組分含量必須要盡量協調，才能使瀝青的性能得到最好的表現。

【參考文獻】

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

[2]趙斌.瀝青混合料熱再生機理及技術性能研究[D].長安大學，2012.

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

[4]JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S]. 北京：人民交通出版社.endprint