瀝青路面老化主要是瀝青的老化和骨料的細(xì)化。瀝青路面在車輪荷載作用下，承受著壓應(yīng)力，剪應(yīng)力和拉應(yīng)力等，同時(shí)瀝青路面長期暴露于大自然，會(huì)受到各種自然因素如氧、陽光、溫度、水、風(fēng)等的作用，致使混合料中的瀝青、骨料的性能發(fā)生物理、化學(xué)變化，并zui終表現(xiàn)為瀝青混合料使用品質(zhì)下降。瀝青混凝土路面的損壞總體可分為兩大類，一類為結(jié)構(gòu)性損壞，包括路面結(jié)構(gòu)整體或其中某一部分的破壞，使路面不能支承預(yù)定的荷載；另一類為功能性損壞，它可能不伴隨結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生，但由于平整度和抗滑性能等的下降，使其不再具有預(yù)定的功能，從而影響了行車質(zhì)量，路用性能劣化。
WHAT？瀝青路面老化會(huì)有這些危害，那我們是不是需要提前，模擬現(xiàn)場瀝青在服務(wù)5～10年后（長期老化）的老化過程，用以評價(jià)不同瀝青在一定的試驗(yàn)溫度和壓力條件下的抗氧化老化能力。在本期的知識分享之前呢，先來為大家介紹一款壓力老化容器儀器設(shè)備，很厲害喔！
B091M壓力老化容器 PAV
用來模擬現(xiàn)場瀝青在服務(wù)5～10年后（長期老化）老化，試樣暴露在高壓和高溫環(huán)境20小時(shí)（可選99小時(shí)），瀝青壓力老化試驗(yàn)儀 （PAV）符合實(shí)驗(yàn)室相關(guān)瀝青老化標(biāo)準(zhǔn)。瀝青壓力老化試驗(yàn)儀由不銹鋼壓力容器（AISI304，由ASME和CE認(rèn)證）和圍繞容器的加熱器組成。 壓縮空氣至少2.1MPa，壓力調(diào)節(jié)器維持實(shí)驗(yàn)要求的老化條件。
用途
模擬瀝青在氣候和交通荷載作用下的長期老化過程，用高溫和 壓縮的空氣對瀝青進(jìn)行加速老化(氧化)，用來評價(jià)不同瀝青在一定的試驗(yàn)溫度和壓力條件下的抗氧化老化能力，提供性能試驗(yàn)用的老化瀝青試樣，同時(shí)為進(jìn)一步的瀝青膠結(jié)料性能試驗(yàn)做準(zhǔn)備。
產(chǎn)品特點(diǎn)
▍ 堅(jiān)固的不銹鋼機(jī)架和容器
▍快速預(yù)加熱系統(tǒng)，可預(yù)加熱到 80℃，以便縮短調(diào)制時(shí)間
▍定時(shí)器預(yù)設(shè)時(shí)間和日期，可在設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)器
▍創(chuàng)新設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)
▍全自動(dòng)，半自動(dòng)和手動(dòng)三種測試模式可選
▍溫度和壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測
▍集成 7 英寸彩色觸屏控制器
▍通過傳感器實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范試驗(yàn)壓力 2.1±0.03MPa
▍通過 CE 和 ASME 認(rèn)證
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技術(shù)參數(shù)
▍操作壓力：設(shè)定點(diǎn)±0.03MPa，分辨率：0.003MPa， 精度: 0.5% (±0.01Mpa)，測量范圍：0-3.45 MPa
▍可編程溫控范圍：從環(huán)境溫度到130℃，分辨率：±0.1℃
▍可編程預(yù)加熱功能：可達(dá)60℃
▍測試溫度均勻性：±0.1℃
▍測試時(shí)間：長可達(dá)99小時(shí)
▍全測試條件下裝置： 過壓保護(hù)閥和超溫限開關(guān)
電源：110-230V單相50-60HZ 10A
尺寸：約450x650x500mm
重量：約80Kg
B091M1 PAV-研究版
與B091M相同，但使用電子壓力閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力，調(diào)壓范圍 從環(huán)境壓力到2.4MPa，可在控制面板上直接調(diào)節(jié)。
與市場同類PAV相比，Matest PAV增加了一些重要的優(yōu)勢，以幫助用戶選擇正確的測試方法。
▍非常靈活，用戶可以選擇自動(dòng)模式（用戶只需要選擇 85℃ ~90℃ ~100℃ ~110℃之間的溫度，機(jī)器就會(huì) 按照標(biāo)準(zhǔn)要求自動(dòng)執(zhí)行測試），半自動(dòng)模式（可以在 60 到 130℃之間選擇測試溫度，并且測試時(shí)間按標(biāo)準(zhǔn)確定）， 手動(dòng)控制模式（研究性質(zhì)，用戶可以決定長 99 個(gè)小時(shí)的 測試時(shí)間和高 150℃的測試溫度）
▍用戶可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或按用戶設(shè)定設(shè)置溫度啟動(dòng)測試
▍用戶可以設(shè)置開始時(shí)間，這對于在晚上開始的測試和在完成 測試時(shí)進(jìn)行程序設(shè)置非常有幫助，以確保實(shí)驗(yàn)并不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間
▍在將樣品放入容器之前，用戶可以設(shè)置預(yù)熱模式以達(dá)到確定 的溫度
▍測試將在使用預(yù)熱模式后一小時(shí)內(nèi)開始
▍在測試運(yùn)行時(shí)，Matest 的機(jī)器使用電子鎖，以避免操作員誤操作
▍7 英寸觸摸屏顯示屏可實(shí)時(shí) 監(jiān)控壓力和溫度
▍配有用于數(shù)據(jù)收集的 USB， 以便存儲(chǔ)測試以備將來使用
▍PED 和 ASME 壓力容器認(rèn)證
▍全不銹鋼設(shè)計(jì)
好了設(shè)備介紹到這了，如果想詳細(xì)了解，文末加微信，打電話都OK啦，下面我們言接上題嘍，為研究各個(gè)因素作用下對瀝青老化的影響，在不同瀝青老化分類下從物理性質(zhì)、化學(xué)組成結(jié)構(gòu)及老化機(jī)理方面進(jìn)行討論。
為研究各個(gè)因素作用下對瀝青老化的影響，在不同瀝青老化分類下從物理性質(zhì)、化學(xué)組成結(jié)構(gòu)及老化機(jī)理方面進(jìn)行討論。
背景及研究現(xiàn)狀
瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑、褐色復(fù)雜混合物，物理形態(tài)表現(xiàn)為高粘度有機(jī)液體，表面呈黑色。瀝青在生產(chǎn)到使用過程中與空氣長時(shí)間接觸，會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，如蒸發(fā)、脫氫、氧化、縮合等。此時(shí)瀝青的物理性能表現(xiàn)為逐漸硬化變脆，在外力作用下ji易開裂破碎，不能繼續(xù)發(fā)揮其原有的粘結(jié)、密封等作用。這種受到外界環(huán)境影響而導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的不可逆轉(zhuǎn)的變化叫作老化。由于無法將瀝青內(nèi)的成分分化為各個(gè)純凈物，對瀝青的研究基本是按照族組分分離后分類研究，zui常用的方法是將其分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。
自上世紀(jì)開始，國內(nèi)外相關(guān)的學(xué)者就開始了瀝青路面損害的相關(guān)研究。李海軍、黃曉明等[1]學(xué)者認(rèn)為在瀝青的使用過程中，引起瀝青變質(zhì)、促進(jìn)瀝青老化、影響瀝青老化程度的主要原因分別是氧、熱以及老化時(shí)間的長短。同時(shí)，水、紫外線也是引起瀝青老化的重要因素。根據(jù)引起瀝青老化的不同原因，可將瀝青材料的老化分為熱氧老化、光老化及水老化。
瀝青的熱氧老化
瀝青的老化主要發(fā)生在與外部環(huán)境接觸的過程中，主要因素是氧和溫度。在生產(chǎn)到投入使用過程中，瀝青就開始發(fā)生不同程度的熱氧老化反應(yīng)，目前普遍認(rèn)為熱氧老化可分為三個(gè)階段：第一階段是生產(chǎn)后的運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，該階段瀝青與空氣的接觸面積很小，熱氧老化并不嚴(yán)重；第二階段是瀝青和集料的拌合及攤鋪、碾壓過程，該過程中拌合瀝青溫度將達(dá)170°C左右，性能指標(biāo)會(huì)劇烈降低并產(chǎn)生嚴(yán)重的熱氧老化反應(yīng)，該階段是熱氧老化的主要階段；第三階段是瀝青路面鋪筑完成后，路面在溫度變化、紫外線照射等因素的影響下發(fā)生的老化反應(yīng)，也是老化的主要過程。
熱氧老化對瀝青物理性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
瀝青在發(fā)生熱氧老化之后其針入度和延度減小，軟化點(diǎn)增da，使得瀝青變硬變脆，抗溫度裂縫和抗疲勞破壞能力下降是在大量的試驗(yàn)研究下得出的一般結(jié)果。鐘一[2]研究了不同程度的老化對瀝青性能的影響后發(fā)現(xiàn)，隨著老化時(shí)間的不斷增加瀝青的高溫穩(wěn)定性提升而低溫變形能力變差。不同種類的瀝青在經(jīng)過熱氧老化后，原本差異巨大的性能指標(biāo)隨著老化程度增加逐漸變小。
國內(nèi)外學(xué)者的研究認(rèn)為瀝青的熱氧老化包括四個(gè)方面：氧化老化、自然硬化、輕組分揮發(fā)和滲流硬化，熱氧老化的zui主要的原因就是氧化老化。瀝青在熱氧老化的過程一般表現(xiàn)為四組分之間的轉(zhuǎn)變：芳香分轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，飽和分的變化較小，即按照芳香分—膠質(zhì)—瀝青質(zhì)的順序轉(zhuǎn)化。一般認(rèn)為芳香分和膠質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性比較差，瀝青質(zhì)的分子量zui大，溫度敏感性zui小，而飽和分的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定。之所以這個(gè)轉(zhuǎn)化過程發(fā)生是因?yàn)闉r青中的芳香分在熱氧老化中較易發(fā)生氧化縮合，繼而產(chǎn)生縮聚、氧化等化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過這一過程的變化使得瀝青族組分含量發(fā)生改變，使瀝青的膠體結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，從而帶來瀝青物理性能的劣化。
熱氧老化機(jī)理
對于瀝青的熱氧老化機(jī)理方面，大量研究借助對瀝青熱氧老化前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析，從而推測出瀝青的熱氧老化機(jī)理。瀝青分子在熱和氧的作用下生成游離自由基，游離自由基可與氧分子結(jié)合，生成過氧化游離自由基，過氧化游離自由基，進(jìn)一步與瀝青分子反應(yīng)，即生成氫過氧化物。隨著自由基反應(yīng)的進(jìn)行，瀝青分子不斷被氧化，同時(shí)生成更多的氧過氧化物，氫過氧化物在不斷生成的同時(shí)，也會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，從而形成新的游離自由基。這些新生成的游離自由基又會(huì)引發(fā)瀝青分子發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，由于歧化作用，游離基還可能發(fā)生斷鏈反應(yīng)，同時(shí)氧過氧化物發(fā)生分解反應(yīng)，瀝青分子中的雙鍵也會(huì)參與氧化反應(yīng)。此可見，瀝青分子老化后生成了大量含有羰基官能團(tuán)的物質(zhì)，隨著反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，游離自由基就會(huì)發(fā)生終止反應(yīng)，意味著瀝青的老化過程減緩或停止。
瀝青的光老化
太陽光透過大氣層照射在地表的紫外線波長為290-400nm，其能量高于瀝青中與苯環(huán)等穩(wěn)定基團(tuán)相連的C-C鍵和C-H鍵鍵能，所以紫外線對瀝青結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生破壞作用并形成自由基，使得瀝青分子發(fā)生縮合及脫氫等化學(xué)反應(yīng)，從而部分芳香分轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，部分膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，zui終瀝青質(zhì)的比重明顯增加。老化后的瀝青逐漸變脆變硬，路面的低溫抗裂性、疲勞耐久性顯著降低。影響瀝青光老化的因素有許多，包括：紫外光輻照強(qiáng)度、輻照時(shí)間、瀝青膜厚等，其中紫外光輻照強(qiáng)度是影響光老化速率zui為重要的因素，瀝青光老化的速率隨著紫外光輻照強(qiáng)度的增加和輻照時(shí)間的增長而加快。瀝青在拌合之后，包裹在集料上的瀝青膜很?。ㄒ话阒挥?0μm左右），在紫外光照射下，越薄的瀝青膜更容易發(fā)生老化且老化越嚴(yán)重。
光老化對瀝青物理性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
紫外光照射后瀝青的老化和熱氧老化對瀝青老化性能的影響并不完全相同。對應(yīng)于瀝青路面低溫開裂的延度和勁度模量這兩個(gè)指標(biāo)的研究來看，葉奮等[3]利用TFOT、PAV和人工強(qiáng)紫外光照射試驗(yàn)對瀝青進(jìn)行光老化和熱老化，通過對比發(fā)現(xiàn)瀝青熱氧老化對瀝青性能的影響是不如光老化的。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da，感溫性能降低。紫外光老化增da了瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量，降低了相位角，從而使瀝青勁度增da。
光老化過程中瀝青的針入度和延度變小，軟化點(diǎn)升高，瀝青變硬變脆易于開裂。瀝青在光陽老化后與集料的粘附變差，在遇到水的侵蝕時(shí)易于從集料表面分離脫落，在路面上出現(xiàn)坑槽、龜裂等現(xiàn)象。
瀝青的光老化機(jī)理
瀝青經(jīng)過紫外線照射，其中光子的能量引發(fā)瀝青中生成初始自由基。瀝青的紫外光老化屬于自由基鏈鎖反應(yīng)，包括鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個(gè)階段。瀝青分子生成游離自由基的原因是在紫外光的輻射作用下吸收了光子的能量。
瀝青的水老化
瀝青為憎水性材料，其內(nèi)部的可溶性物質(zhì)會(huì)由于水的長期滲透作用下而減少，從而發(fā)生老化反應(yīng)。由于水等液體可以滲透到瀝青內(nèi)部，而這類液體的PH值不同，對于瀝青中瀝青質(zhì)以及油水界面張力的影響很大。
國內(nèi)外對于水老化的研究相對較少，Tarefder等[4]列出引起瀝青老化的15種原因中包含了水的作用，并發(fā)現(xiàn)水會(huì)在時(shí)間、加熱、氧氣及陽光等因素的綜合作用下加速瀝青的老化。李海軍等人在瀝青的壓力老化試驗(yàn)中加入水分因子，并采用美國戰(zhàn)略性公路研究計(jì)劃中的高溫車轍因子和低溫勁度模量等參數(shù)指標(biāo)，表征在瀝青路面使用過程中的雨水和地下水等潮濕因素對瀝青老化性狀的影響。
隨著老化程度的加深，瀝青的復(fù)數(shù)模量增加、相位角減小。有水參與的作用使得瀝青的復(fù)數(shù)模量較無水參與的增量更大，其相位角更小。有水參與使得瀝青的疲勞ji限溫度下降，降低了瀝青的抗疲勞性能。有水壓力老化瀝青的勁度模量大于常規(guī)壓力老化瀝青的，表明水分的作用使瀝青變硬、低溫勁度增加及老化程度加深，降低了瀝青的低溫抗裂性能。
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