道路沥青老化机理及其影响因素
【摘 要】简单分析沥青的老化机理，并且从热氧、水分、光照等不同影响因素的条件下分析了其对于沥青产生的影响。还简述了沥青老化的预防措施。
【关键词】沥青老化；热氧老化；光氧老化；水分作用
公路交通作为基础设施的一部分与人民的社会生活息息相关，也是衡量一个国家经济实力和现代化发展水平的重要因素之一，因此公路的使用质量也是至关重要的。沥青路面的使用性能与沥青本身品质有着巨大的关系，而沥青加工使用过程中，在热氧，水分，光照等一系列因素的交互作用下发生内部分子结构与化学组分的变化，使沥青性能发生劣化这样的过程被称之为老化。老化主要由氧化老化、挥发物的衰减、自然硬化和渗流硬化四种情况组成。沥青老化严重影响道路使用寿命，对于沥青老化的研究对于道路的使用与维护都具有十分重大的意义。
1.沥青老化机理
沥青老化主要表现为软化点升高，针入度下降，粘度随着老化时间增长而增长。沥青在拌和施工阶段主要发生短期老化。其中最主要的一个阶段就是拌和过程，针入度降低达80%。摊铺过程中处于高温状态的沥青薄膜进一步发生老化，✡热氧反应过程中轻质组分不断发生挥发与吸收，分子结构发生触变导致位组硬化，使得沥青变硬变脆，粘结性下降产生裂纹。
沥青老化是一个自氧化的缓慢过程，老化前后分子中羰基官能团IR光谱吸收峰显著变化，随着老化温度的增ฆ高，这一变化愈发明显。亚砜基能团的吸收峰变化却并不明显。同时高分子量组分含量在老化沥青中增加，增大分散度，说明沥青分子间存在极性官能团之间的缔合作用。稠和芳环和少量断侧链是沥青分子的主要组成成分，分子中含有的不饱和双键在老化之后就会消失。沥青抗老化性不好主要是由于沥青分子中有较多的活性基团和易被氧化的双键。
2.热氧老化
热氧老化是沥青老化最主要的原因之一，沥青与氧发生反应生成含氧基团。而沥青自氧化的过程与温度高低是紧密相关的，随着温♥度的升高吸氧量也上升，在不同氧分压的条件下，氧分压较高则吸氧量也相应增多。通过吸氧量可以直观的判断抗老化性的好坏，吸氧量越大抗老化性越差。根据沥青吸氧动力学模型，认为沥青吸氧过程的控制因素是氧在沥青中的扩散速度，即老化与其本身的粘度有很大关系。氧气要与沥青反应首先必须在沥青中溶解扩散之后才能够反应，因此反应中必不可少的步骤就是扩散。这个过程可以用动力学一级反应进行描述，能够很好地表示沥青的吸氧过程。而热老化主要是指沥青中轻质油分受热挥发，破坏沥青的结构硬化，改变沥青结构链接，导致沥青变质。
3.光氧老化
光氧老化也是不容忽视的一个问题，光氧老化之后沥青组分向大分子量方向转化，其中针入度和延度减小，软化点、粘度增大。沥青材料主要是由碳、氢、氧、氮等元素组成大分子有机物。这些有机物之间需要一定的键能，键能越高越稳定。沥青材料的破坏其实就是大分子结构破坏，主要有C-H、C-C、C=C键，其中绝大多数聚合物分子键能与290～400mm波长范围的光能相当，因此容易产生破坏。紫外线射入沥青的深度只有0.1mm数量级，但是考虑到老化后沥青分子会向内扩散，紫外线对沥青老化的影响也只发生在沥青表面1mm处。但是沥青路面存在空隙，强紫外线对沥青面层的影响可以达到一个最大粒径的范围，即1cm左右。经紫外线老化之后沥青质略微上升，饱和分变化不大，芳香分略❣降低，胶质也略有变化，但随着老化时间的增长这四个量的变化并不大，说明这种老化只会发生在表面很薄的一层。
在使用过程中，还会受到光氧老化变得脆硬，影响了沥青的低温性能和疲劳耐久性，容易产生裂纹，沥青与集料粘附性下降，会发生脱落现象使雨水渗入路面结构层，对道路进行进一步破坏，急剧减少路面使用寿命。
4.水分作用
减少沥青路面使用寿命的另一个重要的因素就是水的作用。道路的使用或多或少都无法完全排除水的影响，包括雨水以及地下水，往往水分作用会贯穿整个面层甚至对基层造成损坏。雨水的作用下，沥青中的可溶性物质被冲洗掉，造成了沥青的老化变质，水的pH值对于沥青质也有较大的影响。
水分的加入对于高温老化性状有明显的作用，使沥青变硬，弹性成分增加，提升了高温性能，从一定程度上提高了沥青路面抗车辙能力。但是对于低温性能影响并没有十分显著。可以认为水分的存在加速了沥青的老化进程。
5.预防老化措施
在施工时我们就应该尽量注意减少沥青的短期老化，首要应当注意沥青混合料的施工温度，以及高温期间与空气接触等条件。为了减少短期的老化可以从这几个方面考虑：
在保证沥青混合料拌和、摊铺、碾压施工和易性的前提下，尽量采用较低的拌和温度，并且不超过规定最高拌和温度✘，同时尽量在温度较高季节施工。尽量缩短高温保存沥青混合料时间，科学合理安排运输的距离和时间，避免造成严重的短期老化。另外也可以在运输的过程中加盖篷布减少与空气的接触。
使用过程中的沥青老化是一个长期的过程，减轻老化可以从混合料结构上考虑，尽可能选择吸水率较小的粒料，减少空隙率增强压实，减少沥青与空气接触，采用耐老化性能好沥青材料，保证沥青混合料有足够密实性可以根本上减轻老化。
