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沥青老化导致路用性能劣化,是影响耐久性的重要因素。本文基于傅里叶红外光谱试验(FTIR)、热分析试验(DSC、TG)和质谱试验(MS)的现代物相技术,对沥青结合料老化前后的试样进行测试,分析沥青老化过程中微观结构的变化与宏观性能指标和路用性能的联系,揭示沥青结合料的热老化机理,为提高沥青抗老化性能提供理论基础。以西石化70#沥青为基质沥青,制备四川天然岩沥青掺量分别为2%、4%、6%和8%的改性沥青,并试验得到这五种沥青结合料三种状态(原样、短期老化和长期老化)的试样,对试样进行沥青三大指标试验、动态剪切流变试验(DSR)、动态频率扫描试验、傅里叶红外光谱试验、热分析和质谱试验。参照有机化合物基团振动频率,对红外光谱试验数据进行定性和定量分析。分析五种原样沥青及每种沥青老化后的红外光谱图,定性地推测天然沥青改性的机理和老化过程中发生变化的分子结构;对比分析老化过程中羰基指数(CI)、亚砜指数(SI)、甲基指数(MI)和吸光度(fa)等参数,判断老化的程度和对应官能团或组分的转化情况,揭示沥青的热老化机理。对老化前后DSC、TG和MS联用试验数据进行处理,综合图中吸热峰的位置、质量损失速率和离子流强度等信息,判定沥青的高温稳定性,并与红外光谱分析中的结论相互对应。研究认为,沥青的老化符合自由基反应历程,短期老化以“脱氢型”氧化反应为主,伴随轻质组分挥发,长期老化主要是“吸氧型”氧化反应,生成大量的羰基和亚砜基;老化后,软化点、复数剪切模量和抗车辙因子增加,针入度和相位角减小,沥青的高温稳定性提高,与碱集料间的黏附性增强,感温性降低,低温抗裂性能下降;残留针入度比和短期老化前后的热焓比可作为预测沥青长期老化程度的一种手段,热焓值可以判定老化前后结合料的胶体结构稳定性。现代物相联用技术对于分析结合料老化前后的高温和黏附性结论一致,对确定改性剂的最佳掺量也有一定帮助,可以应用于沥青结合料的相关研究中。