道路瀝青的光老化現(xiàn)象分析
發(fā)布時(shí)間：
2021-12-21
道路瀝青是黑色和棕色的復(fù)雜混合物，由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成。其物理形態(tài)為高粘度有機(jī)液體，表面為黑色。一系列物理化學(xué)變化，如蒸發(fā)、脫氫、氧化、冷凝等，會(huì)發(fā)生在瀝青在生產(chǎn)和使用過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸時(shí)。此時(shí)道路瀝青的物理性質(zhì)逐漸變硬變脆，在外力作用下容易開(kāi)裂、斷裂，無(wú)法繼續(xù)發(fā)揮其原有的粘結(jié)和密封作用。這種由外部環(huán)境引起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的不可逆變化稱為老化。
太陽(yáng)光透過(guò)地球表面大氣照射的紫外線波長(zhǎng)為290-400納米，其能量高于道路瀝青中與苯環(huán)等穩(wěn)定基團(tuán)相連的C-C鍵和C-H鍵。因此，紫外線會(huì)破壞道路瀝青結(jié)構(gòu)，形成自由基，導(dǎo)致瀝青分子發(fā)生縮合、脫氫等化學(xué)反應(yīng)，使部分芳香族化合物轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，部分膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，之后瀝青質(zhì)的比例會(huì)明顯增加。老化后的道路瀝青逐漸變脆變硬，路面的低溫抗裂性和疲勞耐久性顯著降低。影響瀝青光老化的因素很多，包括紫外線照射強(qiáng)度、照射時(shí)間、瀝青膜厚度等。其中，紫外線照射強(qiáng)度是影響光老化速率的最重要因素，瀝青的光老化速率隨著紫外線照射強(qiáng)度和照射時(shí)間的增加而加快。瀝青拌和后，包裹在集料上的瀝青膜很薄。在紫外光下，瀝青膜越薄，越容易老化，老化越嚴(yán)重。
1.光老化對(duì)道路瀝青物理性能和化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
道路瀝青在紫外線照射和熱氧化老化后的老化對(duì)瀝青的老化性能有不同的影響。根據(jù)低溫下瀝青路面開(kāi)裂的延性和剛度模量的研究，葉芬等[3]利用TFOT、PAV和人工強(qiáng)紫外線照射試驗(yàn)對(duì)瀝青進(jìn)行光老化和熱老化。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱氧老化對(duì)瀝青性能的影響不如光老化。同時(shí)，瀝青在光老化后流變性能也會(huì)發(fā)生變化：粘度增加，溫度敏感性降低。紫外光老化增加了瀝青的復(fù)剪切模量，降低了相角，從而增加了瀝青的剛度。
在輕老化過(guò)程中，道路瀝青的針入度和延度降低，軟化點(diǎn)升高，道路瀝青變得堅(jiān)硬、易碎、易開(kāi)裂。老化后瀝青與集料的粘附性變差，遇到水侵蝕時(shí)容易從集料表面分離脫落，路面出現(xiàn)坑洼和裂縫。
2.道路瀝青的光老化機(jī)理瀝青被紫外線照射，其中光子的能量誘導(dǎo)瀝青中初始自由基的形成。瀝青的紫外老化屬于自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止三個(gè)階段。道路瀝青分子產(chǎn)生自由基的原因是在紫外線輻射的作用下吸收光子能量。
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