關于瀝青老化學術匯報

1、探究瀝青老化過程學術匯報匯報人：王博雅匯報人：王博雅摘要 在查閱相關文獻基礎上，綜述了研究瀝青老化目的，老化的機理及其影響因素，最后還對瀝青的長期和短期在查閱相關文獻基礎上，綜述了研究瀝青老化目的，老化的機理及其影響因素，最后還對瀝青的長期和短期老化實驗進行了研究。認為，在瀝青的攤鋪和路面實際使用中瀝青老化對其都是有十分重要影響，因此我們必須老化實驗進行了研究。認為，在瀝青的攤鋪和路面實際使用中瀝青老化對其都是有十分重要影響，因此我們必須認真分析該過程；老化的影響因素主要有大氣，日照，溫度，雨雪，環(huán)境以及交通強度等因素，其老化機理主要認真分析該過程；老化的影響因素主要有大氣，日照，溫度，雨雪，

2、環(huán)境以及交通強度等因素，其老化機理主要氧化、揮發(fā)、吸附、聚合、團聚、和斷裂；瀝青長期老化和短期老化實驗我們分別采用的是氧化、揮發(fā)、吸附、聚合、團聚、和斷裂；瀝青長期老化和短期老化實驗我們分別采用的是PAV壓力容器實驗和壓力容器實驗和RTFOT滾動薄膜烘箱實驗方法進行研究。滾動薄膜烘箱實驗方法進行研究。CONTENTS目錄研究瀝青老化目的研究瀝青老化目的1探究瀝青老化機理和影響因素探究瀝青老化機理和影響因素2探究短期老化和長期老化過程探究短期老化和長期老化過程31. 研究瀝青老化目的 什么是瀝青老化？瀝青老化是指瀝青在各種外在條件的綜合作用下，發(fā)生什么是瀝青老化？瀝青老化是指瀝青在各種外在條件的

3、綜合作用下，發(fā)生“不可逆不可逆”的化學變化，導致路用的化學變化，導致路用性能的不斷劣化，這種性能的不斷劣化，這種“變化變化”稱為老化。稱為老化。 瀝青路面在施工過程中不可避免的要對瀝青進行反復加熱，鋪筑好的瀝青路面長期處于大自然中，也要受到瀝青路面在施工過程中不可避免的要對瀝青進行反復加熱，鋪筑好的瀝青路面長期處于大自然中，也要受到陽光特別是紫外線等自然因素的作用，這些均會使瀝青性質發(fā)生變化，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，導致瀝青路用性能的衰減。陽光特別是紫外線等自然因素的作用，這些均會使瀝青性質發(fā)生變化，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，導致瀝青路用性能的衰減。老化的瀝青路面變形能力下降，路面在溫度和荷載作用下容易開裂，特別是

4、容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，從而導致水分下老化的瀝青路面變形能力下降，路面在溫度和荷載作用下容易開裂，特別是容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，從而導致水分下滲數(shù)量增加，加劇路面破壞，縮短瀝青路面使用壽命。因此，我們要研究瀝青老化的過程，幫助我們更好的進行滲數(shù)量增加，加劇路面破壞，縮短瀝青路面使用壽命。因此，我們要研究瀝青老化的過程，幫助我們更好的進行路面的鋪筑和保證路面實際使用時路用性能。路面的鋪筑和保證路面實際使用時路用性能。2.1瀝青老化機理 外因取決于內因，性能的變化主要還是由于內部的組成和結構變化導致的。研究者發(fā)現(xiàn)瀝青老化前后組分變外因取決于內因，性能的變化主要還是由于內部的組成和結構變化導致的。研究者發(fā)現(xiàn)瀝青

5、老化前后組分變化，見圖化，見圖1。瀝青老化后，組成上的變化主要是瀝青質增多、芳香分的減少。然而組分的變化的原因是什么，對此。瀝青老化后，組成上的變化主要是瀝青質增多、芳香分的減少。然而組分的變化的原因是什么，對此各國學者就瀝青的老化做了大量的研究工作。目前，關于瀝青老化的機理沒有統(tǒng)一的定論，各國學者就瀝青的老化做了大量的研究工作。目前，關于瀝青老化的機理沒有統(tǒng)一的定論，Mohamed Ali Dhalaan 1認為瀝青的老化主要是因氧化、輕質組分的揮發(fā)，以及集料對瀝青中組分的選擇性吸附或者吸收而造成的。認為瀝青的老化主要是因氧化、輕質組分的揮發(fā)，以及集料對瀝青中組分的選擇性吸附或者吸收而造成的

6、。Kefah Muhammad Abdul-rahman 2認為瀝青老化是氧化和輕質組分的揮發(fā)造成的，并認為氧化貫穿于瀝青使認為瀝青老化是氧化和輕質組分的揮發(fā)造成的，并認為氧化貫穿于瀝青使用壽命的全過程。各國學者觀點雖然存在差異，但是也有相通之處，瀝青包括改性瀝青的老化并非哪一種單一的用壽命的全過程。各國學者觀點雖然存在差異，但是也有相通之處，瀝青包括改性瀝青的老化并非哪一種單一的反應，而是包括氧化、揮發(fā)、吸附、聚合、團聚、斷裂等在反應，而是包括氧化、揮發(fā)、吸附、聚合、團聚、斷裂等在內的多種反應的綜合結果。內的多種反應的綜合結果。2.1.1 氧化氧化 目前為止，氧化是被廣泛接受的瀝青老化機理之

7、一，但是各學者的具體說法也存在不同之處。目前為止，氧化是被廣泛接受的瀝青老化機理之一，但是各學者的具體說法也存在不同之處。Mohamed Ali Dhalaan1認為瀝青氧化分為兩種：一是在高溫條件下，氧將瀝青中輕質組分的氫認為瀝青氧化分為兩種：一是在高溫條件下，氧將瀝青中輕質組分的氫“脫出脫出”，瀝青發(fā)生脫氫反應，瀝青發(fā)生脫氫反應并生成不飽和鍵，從而進一步導致聚合反應的發(fā)生，生成更高分子量的物質，即樹脂轉變成瀝青質，油分轉變成并生成不飽和鍵，從而進一步導致聚合反應的發(fā)生，生成更高分子量的物質，即樹脂轉變成瀝青質，油分轉變成樹脂。二是在常溫下，反應比較慢，而且瀝青樹脂。二是在常溫下，反應比較慢

8、，而且瀝青“吸入吸入”氧發(fā)生氧化反應，從而生成瀝青質、水溶性鹽和一些酸。氧發(fā)生氧化反應，從而生成瀝青質、水溶性鹽和一些酸。 很多學者通過試驗研究證實了瀝青老化氧化反應的存在。很多學者通過試驗研究證實了瀝青老化氧化反應的存在。Meng Liu 3采用紅外光譜對壓力老化的瀝青進行采用紅外光譜對壓力老化的瀝青進行研究（見圖研究（見圖2 a），發(fā)現(xiàn)瀝青經(jīng)壓力老化后出現(xiàn)了羰基），發(fā)現(xiàn)瀝青經(jīng)壓力老化后出現(xiàn)了羰基C=O和亞砜基和亞砜基S=O，證明了瀝青在高溫高壓下發(fā)生了，證明了瀝青在高溫高壓下發(fā)生了“吸氧吸氧”氧化反應，并且隨著老化時間的延長，其氧化反應越來越嚴重。但是陳華鑫氧化反應，并且隨著老化時間的延長

9、，其氧化反應越來越嚴重。但是陳華鑫6研究團隊發(fā)現(xiàn)并非老化都會有羰基研究團隊發(fā)現(xiàn)并非老化都會有羰基和亞砜基出現(xiàn)和亞砜基出現(xiàn)(見圖見圖2 b），壓力老化），壓力老化PAV中容易出現(xiàn)，而熱老化中容易出現(xiàn)，而熱老化RTFOT中并沒有并沒有在中并沒有并沒有在1698cm-1和和1600cm-1處處出現(xiàn)明顯的特征峰?？梢娫趬毫匣瘯r更容易出現(xiàn)老化，而單純的熱老化時，更傾向于出現(xiàn)明顯的特征峰?？梢娫趬毫匣瘯r更容易出現(xiàn)老化，而單純的熱老化時，更傾向于“脫氫型脫氫型”氧化反應。氧化反應。2.1.2 吸附和被吸收吸附和被吸收 瀝青老化過程中，特別是在高溫等條件下，輕質組分容易揮發(fā)，同時由于瀝青混合料中集料與瀝青

10、發(fā)生較為親瀝青老化過程中，特別是在高溫等條件下，輕質組分容易揮發(fā)，同時由于瀝青混合料中集料與瀝青發(fā)生較為親密的接觸，因此輕質組分也容易被集料吸附或者吸收，輕質組分的揮發(fā)和被吸收也是很多學者認可的瀝青老化機理密的接觸，因此輕質組分也容易被集料吸附或者吸收，輕質組分的揮發(fā)和被吸收也是很多學者認可的瀝青老化機理之一。之一。 Mohamed Ali Dhalaan1認為瀝青中輕質組分容易通過蒸發(fā)而從瀝青中丟失，并且由于它的揮發(fā)而導致瀝青質認為瀝青中輕質組分容易通過蒸發(fā)而從瀝青中丟失，并且由于它的揮發(fā)而導致瀝青質比例的上升，并且瀝青逐漸由溶膠轉變成凝膠。瀝青的這種溫度敏感易揮發(fā)性，可采用薄膜烘箱老化試驗

11、來研究和比例的上升，并且瀝青逐漸由溶膠轉變成凝膠。瀝青的這種溫度敏感易揮發(fā)性，可采用薄膜烘箱老化試驗來研究和驗證，研究老化后瀝青質量的損失情況。其次，閃點也可以在一定程度上表征瀝青的這種揮發(fā)性，閃點越低越容驗證，研究老化后瀝青質量的損失情況。其次，閃點也可以在一定程度上表征瀝青的這種揮發(fā)性，閃點越低越容易揮發(fā)，因此各標準例如易揮發(fā)，因此各標準例如ASTM（美國材料試驗試驗協(xié)會）和（美國材料試驗試驗協(xié)會）和AASHTO(美國國有公路運輸管理員協(xié)會）美國國有公路運輸管理員協(xié)會）等都規(guī)定了等都規(guī)定了瀝青的最低閃點。瀝青的最低閃點。 輕質組分除了揮發(fā)外，還被混合料中的石料選擇性的吸收。瀝青中的輕質組分

12、被集料吸附如毛細孔內，且吸附輕質組分除了揮發(fā)外，還被混合料中的石料選擇性的吸收。瀝青中的輕質組分被集料吸附如毛細孔內，且吸附量與集料性能有關，這種吸附不僅減少了有效瀝青的量還使得瀝青變硬。即導致了瀝青質凝膠結構的聚集。量與集料性能有關，這種吸附不僅減少了有效瀝青的量還使得瀝青變硬。即導致了瀝青質凝膠結構的聚集。2.1.3 聚合和團聚聚合和團聚 在老化瀝青中，除了表現(xiàn)出組分比例的增減變化外如油分減少、瀝青質增多、還表現(xiàn)分子量的增大，以在老化瀝青中，除了表現(xiàn)出組分比例的增減變化外如油分減少、瀝青質增多、還表現(xiàn)分子量的增大，以及流變性能變化等現(xiàn)象，因此推知瀝青的老化還伴隨聚合和團聚等反應。及流變性能

13、變化等現(xiàn)象，因此推知瀝青的老化還伴隨聚合和團聚等反應。 Meng Liu 3采用組分分析法和采用組分分析法和GPC(溶膠滲透分析法）溶膠滲透分析法）研究了瀝青老化前后的瀝青質、極性芳香分、環(huán)烷研究了瀝青老化前后的瀝青質、極性芳香分、環(huán)烷芳香分的含量及分子量的變化情況，發(fā)現(xiàn)環(huán)烷芳烴含量下降，而瀝青質含量上升，而且新增的極性芳烴和瀝青質芳香分的含量及分子量的變化情況，發(fā)現(xiàn)環(huán)烷芳烴含量下降，而瀝青質含量上升，而且新增的極性芳烴和瀝青質的分子量都比原瀝青中這些組分的分子量小，因此認為新增的瀝青質由芳烴分經(jīng)聚合而形成的。即瀝青老化后瀝的分子量都比原瀝青中這些組分的分子量小，因此認為新增的瀝青質由芳烴分經(jīng)

14、聚合而形成的。即瀝青老化后瀝青質含量增加，并且分子量也有所提高，因此瀝青老化過程存在聚合或團聚反應。青質含量增加，并且分子量也有所提高，因此瀝青老化過程存在聚合或團聚反應。2.1.4 裂解裂解 改性瀝青由于其優(yōu)異的路用性能而被全世界廣泛應用。但是，改性瀝青與基質瀝青一樣存在著老化問題。改性瀝青由于其優(yōu)異的路用性能而被全世界廣泛應用。但是，改性瀝青與基質瀝青一樣存在著老化問題。而且問題更為復雜的是改性劑在老化過程中發(fā)生了怎樣的反應，成為各國學者研究的重點之一。而且問題更為復雜的是改性劑在老化過程中發(fā)生了怎樣的反應，成為各國學者研究的重點之一。 當研究老化改性瀝青的流變性和分子量變化時，發(fā)現(xiàn)它與老

15、化基質瀝青存在非常大的差異。陳華鑫當研究老化改性瀝青的流變性和分子量變化時，發(fā)現(xiàn)它與老化基質瀝青存在非常大的差異。陳華鑫46、M.S Cortizo 5、等采用動態(tài)剪切流變儀（、等采用動態(tài)剪切流變儀（DSR）研究老化改性瀝青流變性能，改性瀝青的流變性及溫度敏感性是）研究老化改性瀝青流變性能，改性瀝青的流變性及溫度敏感性是由基質瀝青和改性劑共同作用結果，基質瀝青經(jīng)老化后由于輕質油的揮發(fā)和瀝青質的增多導致瀝青變硬，流動由基質瀝青和改性劑共同作用結果，基質瀝青經(jīng)老化后由于輕質油的揮發(fā)和瀝青質的增多導致瀝青變硬，流動性變差，而改性瀝青經(jīng)過老化后流動度反而變好，因此可以證明改性劑在瀝青老化過程中出現(xiàn)裂解

16、反應，變成性變差，而改性瀝青經(jīng)過老化后流動度反而變好，因此可以證明改性劑在瀝青老化過程中出現(xiàn)裂解反應，變成更小的顆粒，增加了瀝青的流動性和溫度敏感性。更小的顆粒，增加了瀝青的流動性和溫度敏感性。2.2瀝青老化的影響因素（1）熱的影響。熱能加速瀝青分子的運動，除了引起瀝青的蒸發(fā)外，還能促進瀝青化學反應的加速，最終導致）熱的影響。熱能加速瀝青分子的運動，除了引起瀝青的蒸發(fā)外，還能促進瀝青化學反應的加速，最終導致瀝青技術性質的降低。瀝青技術性質的降低。（2）氧的影響?？諝庵醒踉诩訜岬臈l件下，能促使瀝青組分對其吸收，并產(chǎn)生脫氫作用，使瀝青的組分發(fā)生移）氧的影響。空氣中氧在加熱的條件下，能促使瀝青組分對

17、其吸收，并產(chǎn)生脫氫作用，使瀝青的組分發(fā)生移行。（如芳香分轉變?yōu)槟z質，膠質轉變?yōu)闉r青質）行。（如芳香分轉變?yōu)槟z質，膠質轉變?yōu)闉r青質）（3）光的影響。日光特別是紫外線對瀝青照射后，能產(chǎn)生光化學反應，促進氧化速率加快，使瀝青中羰基、羥）光的影響。日光特別是紫外線對瀝青照射后，能產(chǎn)生光化學反應，促進氧化速率加快，使瀝青中羰基、羥基、和碳氧基等基團增加?；?、和碳氧基等基團增加。（4）水的影響。水在與光、氧、熱的共同作用下，能起到催化劑的作用。）水的影響。水在與光、氧、熱的共同作用下，能起到催化劑的作用。 3 瀝青短期和長期老化實驗3.1薄膜加熱實驗薄膜加熱實驗 該實驗又稱薄膜烘箱實驗，實驗方法是將該實驗

18、又稱薄膜烘箱實驗，實驗方法是將50g瀝青試樣盛于內徑瀝青試樣盛于內徑139.7mm、深為、深為9.5mm的鋁皿中，使瀝青成的鋁皿中，使瀝青成為厚約為為厚約為3mm的薄膜。把瀝青薄膜在的薄膜。把瀝青薄膜在162到到164度的標準烘箱中加熱度的標準烘箱中加熱5h,以加熱前后質量損失、針入度比和以加熱前后質量損失、針入度比和25度度及及15度的延度值作為評價指標。后來又發(fā)展了旋轉薄膜烘箱實驗，這種實驗方法的優(yōu)點是試樣在垂直旋轉，瀝度的延度值作為評價指標。后來又發(fā)展了旋轉薄膜烘箱實驗，這種實驗方法的優(yōu)點是試樣在垂直旋轉，瀝青膜較??；能夠連續(xù)鼓入熱空氣，以加速老化，使實驗時間縮短為青膜較??；能夠連續(xù)鼓入

19、熱空氣，以加速老化，使實驗時間縮短為75min；并且實驗精度更高。；并且實驗精度更高。圖圖33.2 PAV壓力實驗壓力實驗 瀝青加速老化實驗法（瀝青加速老化實驗法（PAV）是用高溫和壓縮的空氣對瀝青進行加速老化的實驗方法，目的是模擬瀝青在道）是用高溫和壓縮的空氣對瀝青進行加速老化的實驗方法，目的是模擬瀝青在道路使用過程中發(fā)生的長期氧化老化。路使用過程中發(fā)生的長期氧化老化。PAV方法的唯一目的是準備老化的膠結料，用作進一步實驗和方法的唯一目的是準備老化的膠結料，用作進一步實驗和Superpave（高性能瀝青路面）（高性能瀝青路面）膠結料評估。膠結料評估。 PAV實驗的設備系統(tǒng)如圖實驗的設備系統(tǒng)如

20、圖4是由一個壓力容器、壓力控制設備、溫度控制設備、壓力與溫度測量設備和溫度與是由一個壓力容器、壓力控制設備、溫度控制設備、壓力與溫度測量設備和溫度與壓力記錄系統(tǒng)組成。壓力記錄系統(tǒng)組成。 實驗方法是將實驗方法是將TFOT盤放在天平上，向盤中加入盤放在天平上，向盤中加入49.5到到50.5g的瀝青，攤鋪盛約的瀝青，攤鋪盛約3.2mm厚的瀝青膜。將裝有厚的瀝青膜。將裝有樣品的盤放在盤架上然后將其放入壓力容器中，關閉容器，設置容器內部的壓力和溫度，老化結束后放空閥樣品的盤放在盤架上然后將其放入壓力容器中，關閉容器，設置容器內部的壓力和溫度，老化結束后放空閥釋放壓力，并對老化試樣進行真空脫氣。將盤和盤架

21、取出后放在設定好溫度的烘箱中加熱，并且對真空烘箱釋放壓力，并對老化試樣進行真空脫氣。將盤和盤架取出后放在設定好溫度的烘箱中加熱，并且對真空烘箱預熱，最后從烘箱中取出盤，將含有單一樣品的盤中熱的殘留物單獨倒入容器中。刮完最后一個盤后，將容預熱，最后從烘箱中取出盤，將含有單一樣品的盤中熱的殘留物單獨倒入容器中。刮完最后一個盤后，將容器轉移至真空烘箱中。將真空烘箱設定好溫度加熱，最后以加熱前后質量損失、針入度比和器轉移至真空烘箱中。將真空烘箱設定好溫度加熱，最后以加熱前后質量損失、針入度比和25度、度、15度的延度的延度值來作為評價指標。度值來作為評價指標。 圖圖4參考文獻1 Mohamed Ali Dhalaan. Characterization and Design of Recycled Asphalt concrete Mixture using Indirect Tensile Test Methods D. The university of