酸雨对沥青路面的侵蚀破坏机理研究

随着化石燃料能源- - 煤和石油等的消耗量日益增加，酸雨已成为全球性的环境问题之一，由此引起的沥青路面病害- - 矿料质地软化、磨光、沥青混合料泛油、松散及坑槽等破坏日渐严重，导致沥青路面耐久性降低。然而对于酸雨引起沥青路面破坏机理研究，无论是国内还是国外都是极为有限的。基于现有的研究水平，通过构建化学热力学、动力学参数模型，深入探讨酸雨侵蚀乳化沥青机理和破坏速率的问题；运用微观、宏观手段，利用化学反应推导方法，分析矿质材料在酸雨溶液干-湿循环作用下性能衰变的规律及破坏机理；提出简单有效的酸雨侵蚀破坏沥青混合料性能衰变的评价方法与技术指标；结合沥青、矿质材料破坏研究，经过短、中、长期酸雨溶液干湿循环，分析沥青混合料侵蚀破坏发展过程，提出破坏模型。通过该项目研究，对于预防和控制此类破坏的发生、开发防治酸雨侵蚀破坏的沥青路面新材料提供重要的理论指导。

通过干湿循环浸泡试验模拟酸雨对沥青的腐蚀作用，研究了不同PH值酸雨和不同腐蚀周期对沥青技术性能和微观结构的影响。结果表明：经过酸雨干湿循环浸泡后，沥青的针入度增大，粘度和软化点和延度下降，使得沥青的高温稳定性和低温抗裂性变差。在酸雨浸泡过程中，沥青与硫酸发生了酯化反应和烷基化反应生成了链更长的异构烷烃，使得沥青中的饱和分含量增加。沥青中的羧酸类和酚类等酸性物质在酸雨中发生了一定的溶解和电离，导致沥青中的胶质含量下降。沥青中的硫醚类、硫醇类化合物在酸雨的作用下发生了氧化缩合反应，生成了亚砜类化合物和二硫化物，沥青质的含量增加。.通过室内试验模拟酸雨对石灰岩、玄武岩、花岗岩三种集料的腐蚀，发现三种集料均出现了质量损失，压碎值和磨耗值上升，与沥青的粘附性下降。通过SEM、X射线衍射试验揭示了酸雨对集料的腐蚀机理：酸雨中的酸性物质硫酸和硝酸等与矿料中的碳酸钙、碱性氧化物等发生反应，生成易溶于水的硫酸钙、硝酸钙、硫酸钾等盐类, 这些盐类溶于雨水后随雨水流失, 造成矿料成分改变，质量减少，空隙率增大，物理力学性质下降。.通过不同PH值酸雨腐蚀下和不同腐蚀周期三种集料沥青混合料的宏观性能试验，总结了沥青混合料在酸雨作用下的性能衰变规律。开发了一种沥青混合料直接剪切试验仪和直接剪切试验方法，首次提出采用衰减系数ξ作为酸雨对沥青混合料路用性能影响的评价指标。.对经酸雨浸泡后的三种沥青混合料的回收沥青进行组分分析、红外光谱分析和热重分析，发现酸雨会破坏沥青与矿料形成的粘结物有机酸盐，与不溶于水的二价和其他高价有机酸盐类物质反应，生成新的沥青酸，这些酸类又会与低价碱金属氧化物反应，生成的乳化剂反过来又会加剧增溶作用，导致沥青路面发生严重的水损害。