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  沥青路面老化的不同原因及其影响有哪些?

时间:2022-07-05   访问量:1043

 沥青现在广泛运用在道路工程中,但沥青路面长期暴露在外在环境下,遭到许多不同要素,如:紫外线、水分、氧化等影响。为研讨各个要素效果下对沥青老化的影响,在不同沥青老化分类下从物理性质、化学组成结构及老化机理方面进行评论。

  1 背景及研讨现状

  沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑、褐色复杂混合物,物理形状表现为高粘度有机液体,外表呈黑色。沥青在出产到使用进程中与空气长期触摸,会发生一系列的物理化学改动,如蒸腾、脱氢、氧化、缩合等。此刻沥青的物理功能表现为逐步硬化变脆,在外力效果下极易开裂破碎,不能继续发挥其原有的粘结、密封等效果。这种遭到外界环境影响而导致内部结构、化学性质发生的不可逆转的改动叫作老化。因为无法将沥青内的成分分化为各个纯净物,对沥青的研讨基本是依照族组分别离后分类研讨,最常用的办法是将其分为饱满分、芳香分、胶质和沥青质。

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  自上世纪开端,国内外相关的学者就开端了沥青路面危害的相关研讨。李水兵、黄晓明等[1]学者以为在沥青的使用进程中,引起沥青变质、促进沥青老化、影响沥青老化程度的首要原因分别是氧、热以及老化时刻的长短。一起,水、紫外线也是引起沥青老化的重要要素。依据引起沥青老化的不同原因,可将沥青资料的老化分为热氧老化、光老化及水老化。

  2 沥青的热氧老化

  沥青的老化首要发生在与外部环境触摸的进程中,首要要素是氧和温度。在出产到投入使用进程中,沥青就开端发生不同程度的热氧老化反响,现在普遍以为热氧老化可分为三个阶段:第一阶段是出产后的运输和贮存环节,该阶段沥青与空气的触摸面积很小,热氧老化并不严峻;第二阶段是沥青和集料的拌合及摊铺、碾压进程,该进程中拌合沥青温度将达170°C左右,功能目标会剧烈降低并发生严峻的热氧老化反响,该阶段是热氧老化的首要阶段;第三阶段是沥青路面铺筑完成后,路面在温度改动、紫外线照耀等要素的影响下发生的老化反响,也是老化的首要进程。

  2.1 热氧老化对沥青物理功能、化学结构的影响广东道闸

  沥青在发生热氧老化之后其针入度和延度减小,软化点增大,使得沥青变硬变脆,抗温度裂缝和抗疲惫损坏才能下降是在很多的试验研讨下得出的一般结果。钟一[2]研讨了不同程度的老化对沥青功能的影响后发现,跟着老化时刻的不断添加沥青的高温安稳性提升而低温变形才能变差。不同品种的沥青在通过热氧老化后,原本差异巨大的功能目标跟着老化程度添加逐步变小。

  国内外学者的研讨以为沥青的热氧老化包含四个方面:氧化老化、自然硬化、轻组分蒸发和渗流硬化,热氧老化的最首要的原因便是氧化老化。沥青在热氧老化的进程一般表现为四组分之间的改动:芳香分转化为胶质,胶质转化为沥青质,饱满分的改动较小,即依照芳香分—胶质—沥青质的次序转化。一般以为芳香分和胶质的化学安稳性比较差,沥青质的分子量最大,温度敏感性最小,而饱满分的化学性质相对安稳。之所以这个转化进程发生是因为沥青中的芳香分在热氧老化中较易发生氧化缩合,继而发生缩聚、氧化等化学反响。通过这一进程的改动使得沥青族组分含量发生改动,使沥青的胶体结构也发生改动,然后带来沥青物理功能的劣化。

  2.2 热氧老化机理

  关于沥青的热氧老化机理方面,很多研讨借助对沥青热氧老化前后的结构进行表征和剖析,然后推测出沥青的热氧老化机理。沥青分子在热和氧的效果下生成游离自由基,游离自由基可与氧分子结合,生成过氧化游离自由基,过氧化游离自由基,进一步与沥青分子反响,即生成氢过氧化物。跟着自由基反响的进行,沥青分子不断被氧化,一起生成更多的氧过氧化物,氢过氧化物在不断生成的一起,也会发生歧化反响,然后构成新的游离自由基。这些新生成的游离自由基又会引发沥青分子发生进一步的化学反响,因为歧化效果,游离基还可能发生断链反响,一起氧过氧化物发生分化反响,沥青分子中的双键也会参加氧化反响。此可见,沥青分子老化后生成了很多含有羰基官能团的物质,跟着反响进行到必定程度,游离自由基就会发生中止反响,意味着沥青的老化进程减缓或中止。

  3 沥青的光老化

  太阳光透过大气层照耀在地表的紫外线波长为290-400nm,其能量高于沥青中与苯环等安稳基团相连的C-C键和C-H键键能,所以紫外线对沥青结构将会发生损坏效果并构成自由基,使得沥青分子发生缩合及脱氢等化学反响,然后部分芳香分转化为胶质,部分胶质转化为沥青质,终究沥青质的比重明显添加。老化后的沥青逐步变脆变硬,路面的低温抗裂性、疲惫耐久性显著降低。影响沥青光老化的要素有许多,包含:紫外光辐照强度、辐照时刻、沥青膜厚等,其间紫外光辐照强度是影响光老化速率最为重要的要素,沥青光老化的速率跟着紫外光辐照强度的添加和辐照时刻的添加而加快。沥青在拌合之后,包裹在集料上的沥青膜很薄(一般只要10μm左右),在紫外光照耀下,越薄的沥青膜更容易发生老化且老化越严峻。

  3.1 光老化对沥青物理功能、化学结构的影响

  紫外光照耀后沥青的老化和热氧老化对沥青老化功能的影响并不完全相同。对应于沥青路面低温开裂的延度和劲度模量这两个目标的研讨来看,叶奋等[3]使用TFOT、PAV和人工强紫外光照耀试验对沥青进行光老化和热老化,通过比照发现沥青热氧老化对沥青功能的影响是不如光老化的。一起沥青在光老化后流变功能也会发生改动:粘度增大,感温功能降低。紫外光老化增大了沥青的复数剪切模量,降低了相位角,然后使沥青劲度增大。

  光老化进程中沥青的针入度和延度变小,软化点升高,沥青变硬变脆易于开裂。沥青在光阳老化后与集料的粘附变差,在遇到水的腐蚀时易于从集料外表别离掉落,在路面上出现坑槽、龟裂等现象。

  3.2沥青的光老化机理

  沥青通过紫外线照耀,其间光子的能量引发沥青中生成初始自由基。沥青的紫外光老化归于自由基链锁反响,包含链引发、链添加和链中止三个阶段。沥青分子生成游离自由基的原因是在紫外光的辐射效果下吸收了光子的能量。

  4 沥青的水老化

  沥青为憎水性资料,其内部的可溶性物质会因为水的长期渗透效果下而减少,然后发生老化反响。因为水等液体可以渗透到沥青内部,而这类液体的PH值不同,关于沥青中沥青质以及油水界面张力的影响很大。广东收费系统

  国内外关于水老化的研讨相对较少,Tarefder等[4]列出引起沥青老化的15种原因中包含了水的效果,并发现水会在时刻、加热、氧气及阳光等要素的归纳效果下加快沥青的老化。李水兵等人在沥青的压力老化试验中加入水分因子,并采用美国战略性公路研讨方案中的高温车辙因子和低温劲度模量等参数目标,表征在沥青路面使用进程中的雨水和地下水等潮湿要素对沥青老化性状的影响。

  跟着老化程度的加深,沥青的复数模量添加、相位角减小。有水参加的效果使得沥青的复数模量较无水参加的增量更大,其相位角更小。有水参加使得沥青的疲惫极限温度下降,降低了沥青的抗疲惫功能。有水压力老化沥青的劲度模量大于惯例压力老化沥青的,标明水分的效果使沥青变硬、低温劲度添加及老化程度加深,降低了沥青的低温抗裂功能。


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