普通沥青热老化后四组分变化规律研究

司应举

【摘 要】沥青在大气、阳光紫外线、温度等因素下易老化，而丧失粘塑性，变得脆硬、干涩、抗磨性能降低，在行车荷载作用下会出现松散、裂缝以至大片龟裂现象，本文通过沥青四组分法和薄膜烘箱热氧老化法，探索沥青经过热氧老化后，各种成分的变化规律来探索沥青热老化规律。沥青的老化主要受温度和龄期影响，故采用单一控制变量法，对沥青进行不同老化温度（153℃、163℃、173℃，老化时间不变）或不同老化时间（5h、10h、15h，老化温度不变）下老化后的沥青样进行四组分研究，以找出其变化规律。研究结果表明：随着老化温度的提高和老化时间的延长，沥青质含量开始缓慢上升，然后缓慢下降，最后迅速上升，饱和分含量没有明显变化，芳香分含量下降，胶质含量变化规律不明显。

【关键词】热老化；四组分；时间；温度

0 引言

沥青是一种复杂的有机混合物，长时间暴露在空气中， 受到空气（氧化作用）、日光（紫外线作用）、气温、降水及车辆重复荷载等作用， 产生一系列氧化、挥发、聚合， 乃至沥青内部结构发生变化， 最终导致沥青路用性能逐渐衰退[1]。 因而研究沥青的老化规律及老化机理， 具有重要的战略实践意义，也是解决我国公路沥青路面所面临的重要问题。长安大学材料学院[2]从2002年至今都在对其普通沥青热老化四组分变化规律研究，从研究成果上看是有非常好的成果的，对沥青路面的应用方面，以及对改性沥青方面的研究是有很多的研究成果。在道路建设过程中以及对沥青路面的养护过程中用更加科学的方法来延长沥青路面的寿命，起到了非常好的效果。 武汉工程大学[3]对SBS改性沥青热老化过程四组分变化规律研究，它把普通沥青进行了SBS改性，让沥青性能得到了改善，在抗老化方面有更好的表现。

1 原材料及试验方法

（1）试验所用原材料为新疆克拉玛依90#A级沥青。

（2）设计方案：

1）沥青针入度试验在老化时间（5h）不变，老化温度呈（153℃、163℃、173℃）变化规律研究。老化温度（163℃）不变，老化时间呈（5h、10h、15h）变化规律研究。

2）沥青延度试验是在老化时间（5h）不变的情况下，老化温度呈（153℃、163℃、173℃）的变化规律研究。在老化温度（163℃）不变，老化时间呈（5h、10h、15h）的变化规律研究。

3）沥青软化点试验是在老化时间（5h）不变的情况下，老化温度呈（153℃、163℃、173℃）的变化规律研究。在老化温度（163℃）不变，老化时间呈（5h、10h、15h）的变化规律研究。

4）沥青化学组分研究，研究其老化沥青四组分含量变化规律，即是1g沥青中的沥青质含量、饱和分含量、芳香分含量、胶质含量的百分比随老化时间变化和老化温度变化的变化规律。

（3）试验方法主要包括针入度、软化点、延度及四组分，参照规范[4]。

2 结果分析

（1）針入度

将沥青样保持老化时间5h不变，分别老化153℃、163℃、173℃，测试其25℃时的针入度值，分别为84℃、78.6℃、66.4℃。针入度随老化温度的上升而逐渐下降。沥青出现了老化，老化温度越高，沥青性能损失越大，黏稠度越强，随着沥青性能的损失，会表现出沥青变硬，脆性增加，易碎性加大，导致沥青整体结构的破坏。

将沥青样保持老化温度163℃不变，分别老化时间5h、10h、15h，测试其25℃时的针入度值，分别为78.6℃、64.8℃、60.7℃。针入度随老化时间的增加而逐渐减弱，导致沥青组分质量含量的变化，出现沥青粘稠度变大沥青变硬的情况，沥青针入度才会逐渐减弱。

（2）延度

将沥青样保持老化时间5h不变，分别老化153℃、163℃、173℃，测试其10℃时的沥青延度，分别为80.0℃、75.2℃、63.8℃，沥青延度随着老化温度的增加而逐渐少，减少的幅度比较缓慢。随着老化温度的上升，沥青塑性开始下降，导致沥青延度的下降。沥青延度越高，塑性越高，沥青性能越好。

将沥青样保持老化温度163℃不变，分别老化时间5h、10h、15h，测试其10℃时的沥青延度，分别为75.2℃、66.9℃、43.1℃，沥青延度随着老化时间的增加而逐渐减少，减少的幅度比较大。

（3）软化点

将沥青样保持老化时间5h不变，分别老化153℃、163℃、173℃，测试其沥青软化点，分别为46.5℃、46.8℃、49.3℃，沥青软化点随着老化温度的升高而逐渐升高，说明在老化温度153℃、163℃时沥青的感温性和高温稳定性更好。

将沥青样保持老化温度163℃不变，分别老化时间5h、10h、15h，测试其沥青软化点，分别为46.8℃、51.4℃、52.1℃，沥青软化点随着老化时间的延长而增大。老化时间5h到10h变化较快，15h后变化较为平缓，表明沥青在老化温度（163℃）不变、老化时间5h时的感温性最好。

（4）四组分

将沥青样保持老化时间5h不变，分别老化153℃、163℃、173℃，测试其沥青四组分含量，结果见图2.1。

图2.1 沥青四组分含量随老化温度变化曲线图

从图2.1知：当老化时间（5h）不变，老化温度变化时，沥青质和胶质含量在沥青热老化过程中，含量随着老化温度的升高而逐渐增多，然而沥青质含量变化不是很明显，胶质含量随老化温度的升高变化较大。饱和分和芳香分的含量则是随老化温度的升高而逐渐降低，芳香分含量降低比饱和分降低快，然而饱和分含量随老化温度的升高变化不是很大，芳香分含量随老化温度的升高而变化较大。

将沥青样保持老化温度163℃不变，分别老化时间5h、10h、15h，测试其沥青四组分含量，结果图2.2。

图2.2 沥青四组分含量随老化时间变化曲线图

从图2.2可知：沥青在老化温度（163℃）不变，老化时间变化的过程中，沥青质、胶质含量是随老化时间上升而上升的，胶质含量上升的幅度比沥青质上升的幅度快。然而饱和分、芳香分含量是随老化时间上升而下降的，随着老化时间在下降的过程中，饱和分含量下降比芳香分含量下降要慢。在沥青老化过程中，沥青的饱和分和芳香分组分含量经过氧化作用，紫外线作用等转变为沥青质和胶质，从而使得沥青性能的降低。

3 结论

（1）老化对沥青的各项性能均具有较大的影响，沥青延度减小、针入度减小、软化点增加。在不同老化温度和不同老化时间的变化过程中，延度、针入度、软化点的变化快慢是不一样的，老化使沥青的组分含量发生改变，导致沥青的性能发生变化。

（2）从实验结果可以得出，随着沥青质和胶质含量的增多，沥青粘度有增大的趋势，软化点升高。而饱和分和芳香分的含量则对沥青延度和针入度影响较大，时间相同的条件下，随着老化温度的升高，饱和分含量变化不明显，芳香分含量逐渐降低，沥青质和胶质含量逐渐增多。老化温度相同的条件下，随着老化时间的增长，沥青质和胶质含量增加比较明显，然而饱和分和芳香分的含量逐渐降低。通过对沥青高温老化前后的性能分析，在老化过程中，沥青的轻质组分有一部分挥发了，有一部分被氧化成了沥青质和胶质，沥青总体的质量变化还是减少。

（3）因为由于芳香分、饱和分含量比较多，所以沥青延度大增，但由于其沥青质含量也比较多并且对其粘度影响比较大，所以软化点反而升高了。对比试验结果不难发现，不同老化时间和不同老化温度对沥青四组分的含量有一点的差别，所以沥青四组分含量必须要尽量协调，才能使沥青的性能得到最好的表现。

【参考文献】

[1]马濉溪.沥青老化影响因素及评价指标分析[J].山西建筑.2007.04，33（12）.

[2]赵斌.沥青混合料热再生机理及技术性能研究[D].长安大学，2012.

[3]尹麒.SBS改性沥青热老化过程中四组分变化规律研究[J]. 化学工程与装备，2013，07.

[4]JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 北京：人民交通出版社.endprint