沥青指纹识别系统评价沥青路面老化机理研究

马 辉,杨晓强,季天剑

（1.江苏高速公路工程养护技术有限公司,江苏 南京 210000; 2.成都路泰高科工程技术研究院,四川 成都 611332;3.四川科路泰交通科技有限公司,四川 成都 610404; 4.南京航空航天大学,江苏 南京 210016）

0 引言

沥青指纹识别分子链基础上研究了路面发生老化的微观。常规的分析沥青老化是采用三氯乙烯溶解测试针入度指标表征。从三氯乙烯分析法表明路面随着运营时间老化加剧。从沥青层位分子链角度分析沥青发生了基于表面的轻微老化的重大发现。

1 背景

沥青混凝土在使用过程中受到温度、湿度、紫外线和行车荷载等多种因素的影响，研究难度大，在本项目只能对这些综合的因素所造成的沥青分子迁移和挥发进行探索性研究。该项目主要探索道路不同层位的沥青颗粒沥青进行分子结构分布来判定沥青老化迁移的规律，同时分析沥青常规指标的变化规律，判定沥青路面沥青老化程度[1]。

成都路泰高科工程技术研究院旗下沥青及混合料指纹鉴定中心对沥青分子分级，定义沥青分子量基础第1段小于700为“饱和分”，沥青分子量基础第2段700～2 000分子量为“芳香分”，沥青分子量基础第3段2 000～6 000分子量为“胶质”，沥青分子量基础第4段6 000～8 000分子量为“沥青质”，沥青分子量改性第1段8 000～50 000，沥青分子量改性第 2 段 50 000～10 000，沥青分子量改性第3段100 000～150 000，沥青分子量改性第4段 150 000～200 000，沥青分子量改性第 5 段大于 200 000。

2019年1月21 日至2019年1月23日完成江苏高速公路的取芯工作。对江苏高速公路运营2年、4年、7年和14年道路取芯，上面层的芯样顶面取5～10 mm混合料颗粒，上面层的芯样的总厚度的50%位置取5～10 mm混合料颗粒，上面层的芯样底部取5～10 mm混合料颗粒（避免底部被乳化沥青黏层污染）。中面层的芯样顶面取5～10 mm混合料颗粒（避免底部被乳化沥青黏层污染），中面层芯样的总厚度的50%位置取5～10 mm混合料颗粒，在中面层的芯样底部取5～10 mm混合料颗粒（避免底部被乳化沥青黏层污染）。下面层的芯样顶面取5～10 mm混合料颗粒（避免底部被乳化沥青黏层污染），下面层芯样的总厚度的50%位置取5～10 mm混合料颗粒，下面层的芯样底部取5～10 mm混合料颗粒（避免底部被封层污染）。两层结构设计只取上面层和下面层、三层结构设计的取下面层、中面层、上面层。沥青混合料样品处理采用四川科路泰交通科技有限公司研发的沥青混合料沥青分离装置。

2 道路运营过程沥青老化迁移规律

2.1 道路取样

2019年1月21 至23日，项目组对江苏典型的运营高速道路进行了取芯。如表1所示。

表1 江苏高速公路取芯汇总

2.2 取芯处理

江苏高速公路芯样沥青老化测试，如图1，遵循挖取各层的颗粒大小5～10 mm颗粒的原则。挖取位置如下：

图1 江苏高速芯样颗粒取样位置图

（1）挖取芯样表面被车行驶污染的表面颗粒1颗，挖取上面层上部未被车辆接触的颗粒1颗，颗粒自上往下最深位置12 mm左右。

（2）挖取上面层下部颗粒1颗，颗粒位于上面层底部，不被黏层乳化沥青污染为度。

（3）挖取中面层上部颗粒1颗，避免中面层乳化沥青污染。

（4）挖取中面层下部颗粒1颗，避免下面层乳化沥青污染。

（5）挖取下面层上部颗粒1颗，避免下面层乳化沥青污染。

（6）挖取下面层下部颗粒1颗，避免封层沥青污染。

2.3 宿扬高速公路运营2年路面沥青老化芯样沥青分析

从两年测试分子链标明，运营2年左右的沥青路面的沥青未发生老化引起的沥青分子迁移现象。如表2所检测数据。

表2 江苏高速取芯样K276+100沥青分子迁移测试汇总

2.4 建阜高速公路运营4年路面沥青老化芯样沥青分析

运营4年左右路表颗粒测试的基质沥青分子转移明显，部分“饱和分和芳香分”老化后分子迁移到“胶质”区间。SBS改性剂也存在高分子往低分子迁移的现象。分析认为，路表温度对沥青中的油分的挥发有直接的关系。路表颗粒基质沥青700以下分子量往700～2 000区间迁移，SBS改性剂的高分子量往9 000～5万分子量迁移。主要原因是路面温度及紫外线等作用改性剂高分子裂解迁移。通过路面混合料中沥青的分子量迁移现象，论证了高分子材料一定周期会出现分子裂解现象。表面层上部未污染的颗粒与上面层下部的沥青中小于2 000分子量的油分流失，说明部分油分挥发导致料这部分分子量流失，路表上部（不直接与路表接触）的混合料颗粒在小于2 000分子流失与表面层相比较明显减弱。说明沥青分子迁移与混合料的深度有关联。下面层普通沥青的上部与下部沥青分子处于稳定状况，未出现沥青分子迁移现象。如表3所检测数据。

表3 江苏高速取芯样K40+000沥青分子迁移测试汇总

2.5 宿新高速公路运营7年路面沥青老化芯样沥青分析

运营7年左右上面层上部出现基质沥青低分子量挥发与迁移到700～6 000分子区。SBS改性剂的高分子量往2～5万分子量迁移至9 000～2万分子区间。主要原因是路面温度及紫外线等长时间作用下，SBS改性剂高分子缓慢出现了裂解迁移。4年的沥青混合料上面层上部未发现分子迁移，路面运营到7年发现上面层上部基质沥青与SBS改性剂开始出现分子迁移。上面层中部以下部分的沥青分子处于稳定状况，未出现沥青分子迁移现象。如表4所检测数据。

表4 江苏高速取芯样K64+900沥青分子迁移测试汇总

2.6 淮徐高速公路运营14年路面沥青老化芯样沥青分析

运营14年左右上面层(上部、中部、下部）和中面层(上部、中部）出现基质沥青低分子量迁移到2 000～6 000分子区。上面层上部和中面层中上层存在小于700分子挥发，伴随小于700分子向700～2 000分子区迁移。6 000～9 000 分子裂解向 2 000～6 000 分子迁移。上面层不同位置存在SBS改性剂的高分子裂解现象。上面层中部以下的基质沥青分子处于稳定状况，未出现沥青分子迁移现象。如表5所检测数据。

表5 江苏高速取芯样K216+750沥青分子迁移测试汇总

3 结论

初步结论，沥青路面中沥青存在运营周期伴随上面层基质沥青部分的挥发和老化分子迁移现象。沥青混合料在运营过程中承受荷载和温度的累计作用，在空气、温度和沥青油分挥发的通道来看，该项目通过路面分子链测试的方法认为，沥青路面4年以内的沥青老化只限路表10 mm左右的位置，其他的深度老化明显比较弱。沥青路面运营周期达到7年以上，沥青老化迁移仍然缓慢。14年路面运营后的沥青分子链测试的数据表明，中面层中部以下的基质沥青以及高分子改性剂老化很缓慢，可以认为没有明显老化。