沥青老化是影响道路沥青使用性能的重要因素,它主要有四个方面:氧化老化、挥发物的衰减、自然硬化和渗流硬化。氧化引起的硬化一直被认为是沥青老化的主要原因,氧化主要依赖于温度、时间和沥青膜的厚度,并与沥青的组成与结构有关。道路沥青老化动力学研究,有助于了解老化机理,认识老化过程,评价和预测道路沥青的老化性能,为提高其抗老化性能提供理论基础。基于此,本文通过沥青老化过程中化学结构、官能团和性能的变化以研究沥青的老化动力学。首先,通过核磁共振氢谱和红外光谱对比了不同老化试验下(薄膜老化试验、压力老化试验和室外光氧老化试验)老化时间和老化温度对沥青化学结构的影响。核磁共振氢谱测定表明,在老化过程中沥青的芳香度是逐渐增加的,即老化是沥青组分的芳构化过程,并建立以芳香度为参数的动力学方程;推导出老化后沥青的平均分子结构,以揭示沥青的老化实质:沥青中各组成化合物化学结构的变化,引起沥青中沥青质与软沥青质的溶度参数变化,导致沥青中沥青质与软沥青质溶度参数差值增大,因而相容性降低,最终表现为沥青路用性能的衰降。红外光谱分析结果表明,沥青经老化后分子中羰基和亚砜的官能团吸收峰显著增加,老化温度越高变化越明显,表明沥青分子中的活性基团在老化过程中与氧反应,生成了以含羰基官能团的极性分子。并根据试验结果建立了羰基吸收因子和亚砜基吸收因子为参数的老化动力学模型。其次,研究了老化对沥青流变性能的影响,结果表明老化沥青复合模量降低,相位角提高,求得平移因子a(T)在不同老化方式下的活化能,活化能越高粘弹性材料温度依赖性越低。根据复合模量主曲线计算出零切粘度,并建立了其动力学模型。最后,采用经验分析和灰色系统理论研究了沥青老化后化学结构与沥青性能的指标变化的关系。结果表明,老化沥青羰基吸收因子的增加是导致沥青粘度增加的直接原因,化学分子结构的变化是导致物理性能变化的的直接原因。