公路改扩建中道路沥青老化规律及应用研究
 
 摘要
 
道路沥青老化是影响沥青路面服役寿命的关键因素，在公路改扩建工程中，准确掌握旧沥青材料的老化规律并采取科学的再生利用策略，直接关系到工程质量、经济效益与资源循环利用水平。本文基于沥青老化的化学机理分析，系统阐述了热氧老化、紫外老化等主要老化类型对沥青物理力学性能的影响规律，结合京藏高速、机荷高速等改扩建工程的试验数据与案例，分析了沥青老化指标随服役年限的演变特征，探讨了老化沥青的再生机理与工程应用路径。《工程技术研究》的相关文献指出，在改扩建工程中，合理评价旧沥青老化程度并选择适配的再生技术方案，是保障新老结构协同工作的关键环节。研究认为，公路改扩建中的沥青老化问题应从“被动应对”转向“主动调控”，建立基于老化程度分级的差异化再生利用策略，以实现旧路面材料的高效循环利用。
 
关键词：公路改扩建；沥青老化；老化规律；再生技术；路面材料
 
 
 一、引言
 
沥青路面凭借其优良的行车舒适性、良好的防水性能和便于维修等特点，已成为我国高等级公路的主要路面形式。然而，沥青作为一种典型的高分子有机材料，在服役过程中不可避免地受到热、氧、紫外线和水等环境因素的综合作用，发生不可逆的物理化学变化——即老化。老化导致沥青变硬、变脆，粘附性下降，进而引发路面裂缝、坑槽、松散等一系列病害，严重影响路面的使用寿命和行车安全。
 
随着我国早期建设的高速公路陆续进入大中修期和改扩建阶段，公路改扩建工程中对旧沥青路面材料的处置成为一个日益突出的技术问题。据测算，按照传统15年的设计寿命，我国每年沥青路面建设与养护需消耗的砂石料约10亿立方米。若将所有铣刨旧料废弃，不仅造成巨大的资源浪费，还将带来严重的环境压力。因此，在改扩建工程中科学评价旧沥青的老化程度，合理确定再生利用方案，具有显著的经济效益和环境效益。
 
机电工程技术则从施工装备角度关注了传统沥青砼拌和设备再生工艺改造及热效率问题，指出旧路面材料的再生利用需要设备与工艺的协同升级。本文拟在梳理沥青老化机理与规律的基础上，结合改扩建工程实践，探讨老化沥青的评价方法与再生应用路径，以期为同类工程提供技术参考。
 
 二、沥青老化的机理与类型
 
 2.1 沥青老化的化学本质
 
沥青是由多种碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，其化学组成主要包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分。在老化过程中，沥青的化学组成发生显著变化：芳香分和饱和分逐渐减少，胶质和沥青质相对增加。这一组分变化导致沥青胶体结构从“溶胶型”向“凝胶型”甚至“凝胶-溶胶型”转变，宏观上表现为针入度降低、软化点升高、延度下降和粘度增大。
 
从化学反应机理来看，沥青老化主要包括氧化反应、聚合反应和脱氢反应。氧气与沥青分子中的活性基团发生氧化反应，生成含氧极性基团（如羰基、亚砜基等），使分子间作用力增强，沥青变硬变脆。与此同时，小分子化合物通过聚合反应形成大分子结构，进一步加剧了沥青的硬化。紫外辐射则通过光化学反应加速上述过程。研究指出，老化会使沥青粘度、软化点、复数剪切模量和蠕变劲度增大，同时降低针入度、相位角、延度和蠕变速率。
 
 2.2 老化类型与影响因素
 
根据作用机理和环境条件，沥青老化可分为以下几种主要类型。
 
热氧老化是最主要的老化形式，发生在沥青混合料的生产、运输、摊铺和碾压等施工环节以及路面服役的全过程。施工过程中的热氧老化被称为“短期老化”，主要由高温拌和引起；服役过程中的老化称为“长期老化”，在环境温度和交通荷载的长期作用下缓慢进行。研究表明，上面层沥青路面的老化主要发生在施工过程中，施工过程中的高温加热是导致沥青老化的首要因素。
 
紫外老化是由太阳光中的紫外线辐射引起的，主要集中在路表面以下数毫米的范围内。在西北高海拔地区，强烈的紫外辐射与大幅度的温度波动构成沥青老化的主要外部因素。紫外老化使表层沥青迅速硬化，产生微裂纹，进而发展为路面裂缝。
 
水解老化在湿热多雨地区尤为突出。水分渗入沥青与集料的界面，在交通荷载的反复作用下产生动水压力，加速沥青从集料表面的剥落，同时水分子与沥青中的极性组分发生反应，加速老化进程。
 
影响沥青老化速率的主要因素包括：沥青的化学组成与牌号、路面的服役年限、气候条件（温度、紫外线强度、降水量）、交通荷载以及路面结构层的深度位置。一般而言，服役年限越长、气候越严酷、交通荷载越重，沥青的老化程度越深；同一路面结构中，上面层沥青的老化程度显著高于中面层和下面层。
 
 三、改扩建工程中沥青老化的规律分析
 
 3.1 老化指标的演变规律
 
准确掌握沥青老化指标的演变规律，是科学评价旧沥青路面性能的前提。在改扩建工程中，通常通过钻芯取样、回收旧沥青后进行三大指标（针入度、软化点、延度）试验、粘度试验以及四组分分析来评价老化程度。
 
研究表明，沥青的针入度随老化时间的延长呈近似指数式下降。以京藏高速公路改扩建工程为例，研究人员对通车19年未加铺路段的上面层和下面层进行了分层铣刨和旧沥青回收试验。试验结果表明，上面层沥青的老化程度明显高于下面层，且上面层的老化主要发生在施工过程中的高温加热阶段。这一发现揭示了改扩建工程中旧沥青性能评价的一个关键问题：不能将路面结构视为均匀体，而应分层评价各结构层的沥青老化状态。
 
软化点随老化程度加深而升高，延度则显著下降。粘度是评价沥青老化程度最具代表性的指标之一，老化后沥青的布洛克菲尔德粘度显著增大。通过四组分分析可以发现，老化沥青中沥青质含量增加、芳香分含量减少，胶体不稳定指数升高。有研究建议将老化沥青的针入度划分为三个界限值：针入度小于2.0 mm为重度老化沥青，针入度小于3.0 mm为中度老化沥青，针入度大于等于3.0 mm为轻度老化沥青。这一分级方法为改扩建工程中旧沥青的差异化利用提供了量化依据。
 
 3.2 不同层位的老化差异
 
同一路面结构中不同层位的沥青老化程度存在显著差异。上面层直接暴露于自然环境，受紫外线、降水和温度变化的影响最为直接，且承受最大的交通荷载作用，因此老化程度最重。中面层和下面层由于受到上面层的保护，老化作有所减弱，但仍会受到热氧作用的持续影响。
 
不同层位沥青老化程度的差异对改扩建工程的材料利用策略具有重要指导意义。在路面铣刨时，应将不同层位的旧料分开回收、分别评价，避免将不同老化程度的材料混合使用而导致再生混合料性能的不均匀。在确定再生利用方案时，重度老化的上面层旧料可能需要更高剂量的再生剂或降级使用，而老化程度较轻的中下面层旧料则可在适当的再生处理后得到更充分的利用。
 
 3.3 服役年限与老化程度的关联
 
服役年限是影响沥青老化程度的最重要因素之一。对改扩建道路旧沥青混合料路用性能的测试与评定表明，旧沥青路面沥青混合料的路用性能随使用年限的增加而逐渐降低。使用4年以下的沥青路面，其混合料性能衰减相对有限；而服役超过10年的路面，沥青老化程度显著加剧，混合料的水稳定性、低温抗裂性和疲劳性能均出现明显退化。
 
值得注意的是，服役年限与老化程度之间并非简单的线性关系。老化速率在路面服役初期较快，随后趋于平缓。这是因为沥青表面在老化初期形成了氧化硬化层，在一定程度上减缓了后续氧化的深入。此外，不同地区的气候条件差异会导致相同服役年限的沥青老化程度存在显著不同——湿热地区和紫外线强烈地区的老化速率明显高于温和地区。
 
 四、老化沥青的再生机理与应用
 
 4.1 再生机理与再生剂的作用
 
沥青再生的本质是通过添加再生剂（或称软化剂、调和剂）来恢复老化沥青的化学组成和胶体结构，使其路用性能恢复到可接受的水平。再生剂的主要作用包括：补充老化过程中损失的轻质组分（芳香分和饱和分），稀释老化沥青中增加的沥青质，降低沥青的粘度和软化点，恢复其柔韧性和低温延度。
 
再生剂的合理选择和掺量确定是再生技术的核心。理想的再生剂应具备良好的渗透性、与老化沥青的良好相容性以及在再生沥青中的长期稳定性。研究指出，芳烃油对改善再生沥青在高温条件下的稳定性和流动性、恢复沥青的延度及降黏效果优于其他类型的再生剂。再生剂掺量过低则无法有效恢复老化沥青性能，掺量过高则可能导致再生沥青高温性能不足。通常需要通过室内试验确定最佳掺量，综合考虑再生沥青的针入度、软化点、延度和粘度等指标。
 
 4.2 改扩建工程中的再生技术路径
 
在公路改扩建工程中，旧沥青路面材料的再生利用主要有以下技术路径。
 
厂拌热再生是最为成熟的再生技术之一。将铣刨回收的旧沥青混合料（RAP）运输至拌和厂，经破碎、筛分后按一定比例与新沥青、新集料和再生剂在拌和缸中加热拌和，生产出再生沥青混合料。该技术的优点在于质量控制较为容易，RAP掺量可根据需要灵活调整。研究表明，厂拌热再生技术在实际工程中的实用性与可行性良好。制约RAP掺量的主要因素是再生混合料的低温性能。
 
就地热再生适用于路面表面功能退化的修复，无需运输旧料，实现了旧料的100%就地利用。该技术通过专用设备对旧沥青路面进行加热、耙松，添加再生剂恢复旧料性能后，掺入新沥青混合料经拌和、摊铺、碾压实现修复。在江肇高速公路旧路面就地热再生工程中，研究人员通过构建多参数协同控制体系、采用梯度控温技术，实现了旧沥青层沿深度方向的均匀加热。
 
就地冷再生适用于旧路面基层的改造，在常温下利用铣刨设备将旧路面材料破碎，加入乳化沥青或泡沫沥青等粘结料和必要的添加剂，经拌和、摊铺和碾压后形成新的路面结构层。
 
《机电工程技术》刊发的研究指出，传统沥青砼拌和设备的再生工艺改造是推广再生技术的关键环节。高质量的厂拌再生需要解决新型低破碎率铣刨机、RAP料精细分级装置、RAP料新型加热技术和新型搅拌技术等设备与技术问题。
 
 4.3 应用实践与效益分析
 
在高速公路改扩建工程中，旧沥青路面材料的再生利用已取得显著成效。以京港澳高速改扩建工程为例，通过构建回收沥青路面材料分级掺配配合比体系、摊铺与碾压工艺定量优化和新旧路面接缝专项处理，实现了旧料的高效利用。
 
从经济效益看，再生利用可大幅降低改扩建工程的材料成本。旧料利用率每提高10%，可节约工程造价约5%～8%。从环境效益看，再生利用减少了旧料废弃对土地的占用和环境污染，降低了新石料开采对生态环境的破坏。有研究指出，合理选择沥青路面再生技术可使外来旧料利用率达到100%，显著降低碳排放量。
 
 五、改扩建工程中沥青老化问题的应对策略
 
 5.1 建立分层分级的旧料评价体系
 
鉴于不同层位沥青老化程度的显著差异，改扩建工程应建立“分层铣刨、分层评价、分级利用”的旧料管理体系。在铣刨阶段，将上面层、中面层和下面层的旧料分开回收、分别堆放。在评价阶段，对各层旧沥青分别进行三大指标、粘度、四组分等试验，确定其老化等级。在利用阶段，根据老化等级确定再生方式和再生剂掺量，重度老化沥青适当降低利用层位或增加再生剂剂量，轻度老化沥青可在较高层位得到利用。
 
 5.2 优化再生技术方案
 
再生技术方案的选择应综合考虑旧料老化程度、工程规模、施工条件和经济性等因素。对于老化程度较轻、路面结构完整的旧料，可优先考虑厂拌热再生或就地热再生；对于老化严重或结构损坏严重的旧料，可考虑冷再生后用作基层或底基层材料。在再生剂选择上，应根据旧沥青的老化类型和程度，通过室内试验确定最优的再生剂类型和掺量。
 
 5.3 强化施工质量控制
 
再生沥青路面的施工质量直接影响其长期服役性能。在热再生施工中，应严格控制加热温度，避免二次老化；在冷再生施工中，应确保乳化沥青或泡沫沥青的均匀分布和充分破乳。同时，应建立完善的质量检测体系，对再生沥青混合料的级配、油石比、空隙率、马歇尔稳定度等关键指标进行全过程监控。
 
 六、结语
 
公路改扩建中道路沥青的老化问题，既是一个技术挑战，也是一个资源利用的机遇。本文从沥青老化的化学机理出发，系统分析了热氧老化、紫外老化和水解老化对沥青性能的影响规律，结合改扩建工程实践探讨了不同层位、不同服役年限沥青的老化特征，并在此基础上梳理了老化沥青的再生机理与工程应用路径。
 
研究认为，公路改扩建中的沥青老化应对应从三个层面协同推进：在认知层面，应建立“分层评价、分级利用”的理念，充分认识不同层位沥青老化程度的差异性；在技术层面，应完善旧料评价体系，优化再生技术方案，强化施工质量控制；在管理层面，应将旧沥青路面材料的再生利用纳入改扩建工程的标准化管理流程，推动从“被动处置”向“主动调控”的转变。唯有如此，才能在保障改扩建工程质量的同时，实现旧路面材料的高效循环利用，为公路建设的绿色可持续发展提供支撑。
 
 
 参考文献
 
[1] 不同沥青路面结构层沥青老化程度研究[J]. 黑龙江交通科技, 2022(1).
 
[2] 江肇高速公路旧路面就地热再生施工工艺与优化[J]. 工程技术研究, 2025(17).
 
[3] 传统沥青砼拌和设备的再生工艺改造及热效率研究[J]. 中国高新科技, 2018(18).
 
[4] 改扩建道路旧沥青混合料路用性能评价[J]. 河南科技, 2014(23).
 
[5] 基于分层老化的旧沥青整体老化程度评价及分级[J]. 内蒙古公路与运输, 2023(5).