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瀝青目前廣泛運(yùn)用在道路工程中，但瀝青路面長(zhǎng)期暴露在外在環(huán)境下，受到許多不同因素，如：紫外線、水分、氧化等影響。為研究各個(gè)因素作用下對(duì)瀝青老化的影響，在不同瀝青老化分類下從物理性質(zhì)、化學(xué)組成結(jié)構(gòu)及老化機(jī)理方面進(jìn)行討論。
1、背景及研究現(xiàn)狀 瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑、褐色復(fù)雜混合物，物理形態(tài)表現(xiàn)為高粘度有機(jī)液體，表面呈黑色。瀝青在生產(chǎn)到使用過(guò)程中與空氣長(zhǎng)時(shí)間接觸，會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，如蒸發(fā)、脫氫、氧化、縮合等。此時(shí)瀝青的物理性能表現(xiàn)為逐漸硬化變脆，在外力作用下極易開裂破碎，不能繼續(xù)發(fā)揮其原有的粘結(jié)、密封等作用。這種受到外界環(huán)境影響而導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的不可逆轉(zhuǎn)的變化叫作老化。由于無(wú)法將瀝青內(nèi)的成分分化為各個(gè)純凈物，對(duì)瀝青的研究基本是按照族組分分離后分類研究，最常用的方法是將其分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。 自上世紀(jì)開始，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)者就開始了瀝青路面損害的相關(guān)研究。李海軍、黃曉明等[1]學(xué)者認(rèn)為在瀝青的使用過(guò)程中，引起瀝青變質(zhì)、促進(jìn)瀝青老化、影響瀝青老化程度的主要原因分別是氧、熱以及老化時(shí)間的長(zhǎng)短。同時(shí)，水、紫外線也是引起瀝青老化的重要因素。根據(jù)引起瀝青老化的不同原因，可將瀝青材料的老化分為熱氧老化、光老化及水老化。
2、瀝青的熱氧老化
瀝青的老化主要發(fā)生在與外部環(huán)境接觸的過(guò)程中，主要因素是氧和溫度。在生產(chǎn)到投入使用過(guò)程中，瀝青就開始發(fā)生不同程度的熱氧老化反應(yīng)，目前普遍認(rèn)為熱氧老化可分為三個(gè)階段：第一階段是生產(chǎn)后的運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，該階段瀝青與空氣的接觸面積很小，熱氧老化并不嚴(yán)重；第二階段是瀝青和集料的拌合及攤鋪、碾壓過(guò)程，該過(guò)程中拌合瀝青溫度將達(dá)170°C左右，性能指標(biāo)會(huì)劇烈降低并產(chǎn)生嚴(yán)重的熱氧老化反應(yīng)，該階段是熱氧老化的主要階段；第三階段是瀝青路面鋪筑完成后，路面在溫度變化、紫外線照射等因素的影響下發(fā)生的老化反應(yīng)，也是老化的主要過(guò)程。
2.1 熱氧老化對(duì)瀝青物理性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
瀝青在發(fā)生熱氧老化之后其針入度和延度減小，軟化點(diǎn)增大，使得瀝青變硬變脆，抗溫度裂縫和抗疲勞破壞能力下降是在大量的試驗(yàn)研究下得出的一般結(jié)果。鐘一[2]研究了不同程度的老化對(duì)瀝青性能的影響后發(fā)現(xiàn)，隨著老化時(shí)間的不斷增加瀝青的高溫穩(wěn)定性提升而低溫變形能力變差。不同種類的瀝青在經(jīng)過(guò)熱氧老化后，原本差異巨大的性能指標(biāo)隨著老化程度增加逐漸變小。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究認(rèn)為瀝青的熱氧老化包括四個(gè)方面：氧化老化、自然硬化、輕組分揮發(fā)和滲流硬化，熱氧老化的最主要的原因就是氧化老化。瀝青在熱氧老化的過(guò)程一般表現(xiàn)為四組分之間的轉(zhuǎn)變：芳香分轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，飽和分的變化較小，即按照芳香分—膠質(zhì)—瀝青質(zhì)的順序轉(zhuǎn)化。一般認(rèn)為芳香分和膠質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性比較差，瀝青質(zhì)的分子量最大，溫度敏感性最小，而飽和分的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。之所以這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程發(fā)生是因?yàn)闉r青中的芳香分在熱氧老化中較易發(fā)生氧化縮合，繼而產(chǎn)生縮聚、氧化等化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過(guò)這一過(guò)程的變化使得瀝青族組分含量發(fā)生改變，使瀝青的膠體結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，從而帶來(lái)瀝青物理性能的劣化。
