基质沥青RTFOT与TFOT两种老化方式的对比分析

道路用石油沥青属 有机胶凝材料 ，成分复杂，由不同分子量的碳氢化合物和非金属衍生物组成。沥青产品从生产到最终应用到路面上的整个过程由于会受到空气、高温的影响，在各个过程中都会出现不同程度的老化，老化后的沥青集中表现为软化点、粘度指标和抗车辙因子的增大，针入度和延度下降，沥青的流变性变差等。因此，老化是沥青不利于道路使用性能发挥的一种性质变化。为更好地掌握沥青老化规律，为实际工程服务，在沥青应用的前期阶段，需要设计一系列室内试验来模拟沥青的老化，以掌握其老化规律。

目前，常用的室内模拟沥青短期 老化试验 主要是旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和薄膜烘箱试验(TFOT)，用来模拟沥青在储存运输及拌合各个阶段由于高温和时间效应产生的短期老化。

本文主要针对旋转薄膜烘箱和薄膜烘箱进行探讨比对，通过选取50#、70#、90#三种不同标号的沥青，在相同条件下分别进行薄膜烘箱老化和旋转薄膜烘箱老化，然后对原样及两种老化方式老化后残留物进行各项性能指标的检测，以探讨两种老化方式的异同点。

根据我国现行的沥青技术规范，在评价重交通道路石油沥青老化性能上以TFOT为主，规范认为TFOT与RTFOT两种沥青老化方式的老化条件具有同等老化效果，两者可以相互替代;有些学者认为这种说法有误，认为TFOT与RTFOT虽然试验目的相同，但是两者是试验仪器、试验原理、试验方法和参数指标不相同的两种试验，认为它们之间不能互相替代。

本试验根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)进行，RTFOT适用于测定道路石油沥青、聚合物改性沥青。试验过程如下:按照规程T0602方法制备标准沥青试样，将沥青试样均匀浇入高139.7mm±1.5mm、外径64mm±1.2mm、壁厚2.4mm±0.3mm、口部直径31.75mm±1.5mm的盛样瓶中，瓶中沥青为35g±0.5g。盛样瓶放入保持恒温163℃±0.5℃的旋转薄膜烘箱中，其中放置盛样瓶的环形架以15r/min±0.2r/min速度转动，同时喷入流速为4000mL/min±200mL/min的热空气，保持85min。到达时间后，取出盛样瓶，待冷却后测定质量损失及其他老化后残留物的各项指标。

TFOT同样适用于道路石油沥青和聚合物改性沥青的短期模拟老化。将标准沥青试样分别注入内径140mm±1mm、壁厚0.7~1.0mm、深9.5~10mm的盛样皿50g±0.5g，并使其形成厚度均匀的薄膜。将薄膜加热烘箱升温并保持在163℃±0.5℃，将盛样皿放入烘箱内的转盘上，然后打开旋转开关，使转盘以5.5r/min±1r/min的速度旋转，规范要求转盘与水平倾斜角不大于3°，在上述环境中保持5h即完成薄膜加热试验。

由规范可以看出，RTFOT与TFOT是行业中通用的室内模拟沥青短期老化的试验方法，都可以用来模拟沥青的老化过程，是同一性质的试验，但是在试验仪器、试验条件等方面也有一定的区别，两者异同点见表1。

3.1针入度和软化点

针入度是用来划分沥青标号的性能指标，同时也可以很好地用来评价沥青的感温性。针入度从根本上说是一个经验指标，规范约定在某一特定温度下，标准针加重物共100g自由下落5s后灌入沥青试样的深度为该样品的针入度值，单位为0.1mm。针入度越小，说明沥青的稠度和硬度越大；反之，则越小。

软化点是评价沥青性能的基本指标之一，与沥青粘度和温度敏感性有很好的相关性，直接反映了沥青路面的软硬程度，甚至，近些年有些沥青以软化点作为区分沥青种类的一种方法。

三种沥青通过RTFOT和TFOT模拟老化后的25℃针入度和软化点变化分别如图1和图2。

由图1可以看出，老化后针入度与原样沥青相比均有很大程度的下降，下降程度在30~40个针入度单位。两种老化方式之间相比，TFOT残留物的针入度比RTFOT残留物的小，70#沥青的这种现象不明显，其余两种沥青则相对突出，说明对这由图1可以看出，老化后针入度与原样沥青相比均有很大程度的下降，下降程度在30~40个针入度单位。两种老化方式之间相比，TFOT残留物的针入度比RTFOT残留物的小，70#沥青的这种现象不明显，其余两种沥青则相对突出，说明对这三种沥青而言，TFOT老化对它们的针入度影响相对严重些。

图2则表明老化后的 沥青软化点 较原样有所增加，软化点增加表明经老化后，沥青粘度增大，稠度变大。因为软化点高低主要由沥青组分中的沥青质含量决定，沥青在老化过程中不断发生“脱氢”氧化反应，生成不饱和键，导致聚合反应发生，生成更高分子量物质，即油分转变成树脂，树脂转变成沥青质。但是两种老化方式对三种沥青软化点的改变并无太大差别，可认为效果相同，即在这两种老化方式中，沥青经氧化反应和轻质组分挥发后最终的沥青质含量相同。

3.2粘度和老化指数

由图3~图5可以看出，首先，与原样沥青相比，三种沥青老化后粘度均有大幅度增加，温度越低，对应的粘度增长幅度就越大，随着温度增大，不仅原样与老化后沥青的粘度值相差不大，两种老化方式之间粘度的差别也越来越小。由图5可以看出，只有90#沥青RTFOT与TFOT之后的粘度相差较大。研究表明，沥青组分中对粘度指标起关键作用的是沥青质含量，这与上述软化点的分析结果一致，其中，90#沥青两种老化方式后软化点也是相差最大的，表现到粘度上是同一规律。

RTFOT与TFOT两种老化方式之间最主要的差别是:前者沥青试样是处于一种不断流动的状态，沥青在盛样瓶中由于旋转而不断产生新的表面，加大了沥青试样与氧的接触面，而盛样瓶在旋转中所产生的等效实际沥青膜厚度也比TFOT老化盘中的沥青膜厚度小。与温度老化相比，RTFOT老化方式虽然也是在不断旋转，但是盘中的沥青处于相对静止状态，膜厚达3000~3100μm，与前者的85min相比TFOT处于高温状态持续时间为5h，它的老化优势是时间。简而言之，RTFOT的新沥青表面和沥青薄膜厚度与TFOT的老化时间在一定程度上呈等效作用。随着沥青标号的增大，沥青的流动性越来越好，随着盛样盘的转动，盘中的沥青也在一定程度上有流动，即RTFOT的表面优势和薄膜优势被削弱，而TFOT的时间优势仍然存在。所以，对于高标号沥青，TFOT老化方式在某种程度上的老化效果要强于RTFOT。表现在性能指标上就是TFOT后沥青残留物的软化点和粘度均大于RTFOT后的沥青。

沥青的粘度能间接地反映出沥青的其他性能，宏观上，粘度是评价沥青使用性能的一个关键指标，微观上，它与沥青中沥青质含量密切相关，通过对粘度的准确测定，可以很好地追踪和反映沥青的老化过程和老化程度。相关文献由老化前后60℃粘度定义老化指数C，可以直观地反应沥青老化程度。老化指数C定义为:

3.3车辙因子

通过图6~图8发现，与原样沥青相比，无论是经过哪种老化方式，相同温度下老化后沥青的车辙因子均有一定程度的增加。因为老化后沥青由于损失了轻质组分，沥青中的粘性成分下降，表现为相位角δ减小，而轻质组分挥发和转变为大分子组分沥青质，即沥青大分子增多，复数模量G*增大，因此车辙因子变大。随着沥青标号的增大，沥青流动性越来越好，对应的高温抗车辙性能则越来越差，表现为同一温度下车辙因子50#沥青﹥70#沥青﹥90#沥青。

两种老化方式后的沥青残留物，其对应的车辙因子G*/sinδ之间的差别因沥青标号不同也有所区别。90#沥青差别最大，50#沥青次之，70#沥青几乎没有区别。数据显示，依据沥青PG分级指标规定，50#沥青与70#沥青通过两种不同老化方式后得到的沥青残留物是在同一个温度分级上的，而90#沥青RTFOT后与TFOT后的PG分级相差一个温度级。

(1)无论是RTFOT还是TFOT，都能很好地模拟沥青短期老化，且老化后各指标变化趋势一致，与原样沥青相比，针入度、软化点、粘度和车辙因子增大。两者属于同一性质的试验。

(2)对于50#、70#沥青，RTFOT与TFOT的老化效果十分相似，在评价沥青耐老化性能上可以互相替代。对于高标号高流动性90#沥青，两者老化效果程度不同，不同老化方式对其性能影响大小程度还需要更进一步的研究。

(3)两种老化方式哪个老化效果更加严重，与沥青标号有关。

对于更低标号的沥青，需要进一步的试验研究。如文中所述，RTFOT与TFOT相比，前者的老化优势是在盛样瓶的旋转中可以持续不断地产生新的沥青表面和较薄的沥青膜厚度，这种优势是与沥青粘度高度相关的，沥青粘度越大，流动性就相对较差，所产生的新表面面积越小，形成的薄膜厚度也就越大。与高标号低粘度沥青相比，低标号高粘度沥青的RTFOT老化优势相对削弱。为进一步比较两种老化方式的异同点，还有许多问题需进一步研究。