沥青在存储、拌和、运输、施工以及在整个使用过程中，都会接触到氧气并与之结合生成极性更大的含氧官能团而发生氧化反应，导致沥青材料硬化变脆，进而使得柔性路面出现疲劳破坏与水损害。相关研究认为沥青路面主要病害疲劳开裂、块状开裂、top－down纵向开裂等均与沥青不同程度的硬化或者氧化老化有关。沥青材料的快速氧化发生在拌和站沥青与热集料表面接触的过程中中国沥青网sinoasphalt.com。在路面施工过程中，由于温度下降，沥青的氧化程度相对较低。

优异的道路管理系统能够延缓路面的老化程度，可以降低道路管理成本并延长其使用寿命。众所周知，通过碎石封层、微表处、灌缝以及雾封层等表面处理措施可以达到上述目的。但是，必须在路面破坏出现之前进行以上各种养护，否则破坏会沿着沥青层位发展，最终导致路面结构出现问题。由于过于频繁的处理会造成养护费用的大幅攀升，所以道路工程师需要实时了解道路沥青的老化状况，以判断路面养护处理的最佳时机。因此，需要开发一种经济高效的原位检测技术来确定沥青路面的氧化程度。

傅里叶红外光谱(FT-IR)可以测定化合物中分子振动在0.78~1000um出现的电磁波吸收光谱，这是化合物的特征吸收谱，也称之为“指纹”谱。FT－IR不仅能够表征沥青在氧化过程中出现的主要产物(苄基酮、亚砜、羟基自由基等)，相关研究还发现羰基峰面积(1820~1650cm)与动态剪切流变仪(DSR)在室温下所测定的动态剪切模量((T)有很好的相关性。同时有学者使用衰减全反射光谱(ATR)研究萃取沥青的老化情况，结果证实混合料的动态弹性模量与羰基含量有关。最近，Yut博士发现从老化聚合物改性沥青的FT－IR谱图中确定的化学结构可以很好地预测中温区间沥青的G值。以上研究成果使经济有效、快速评价沥青老化性能的FT－IR替代昂贵且精密的DSR成为可能。

以往利用FT－IR对老化沥青的研究主要采用研究等级的光谱仪，并使用透射模式测试萃取出的沥青。测试过程需要借助ＫBr晶片制备测试样品，但是样品膜厚度的一致性并不好保证，另外溶剂的使用可能会改变样品的化学组成。近期，在SHRP2研究中使用FT－IR的ATR附件对沥青及混合料进行检测，该模式无需制备专门的样品即可完成测试，同时研究表明沥青样品的ATR谱图与透射谱图相比具有相同的分辨率与精确度。另外Yut等人还证实了可以采用紧凑式ATR光谱仪测定基质沥青以及聚合物改性沥青的氧化进程。但是，ATR技术评价HMA样品的主要缺点是在测量时其仅能在很小的区域穿透1~2um的厚度，因此HMA样品中集料的粒径大小以及均一性都会影响ATR的测试结果。漫反射红外光谱(DRIFTS)则恰好相反，测试所需的样品无需特别制备，非常适合测量表面粗糙的颗粒状样品。与ATR相比，DRIFTS主要优势在于该技术可以检测样品的整体深度，测量时通过控制样品的粒径即可得到优良的信噪比。从19世纪70年代至今，仅有少量关于采用DRIFTS测试沥青的报道，而且都采用了研究级的实验室设备，受湿度和环境的影响，所得谱图也很难识别。美国西部研究所(WRI)首次采用便携式DRIFTS现场测试了具有不同公称直径的沥青混合料，结果表明公称直径为150um的混合料可得到较为平滑的谱图，并且噪音最小ConnectIcut大学最近的研究证明对于同一沥青及沥青混合料样品，DRIFTS与ATR的测试结果相关性较好。Yut等人对铺筑在ConnectIcut和Rhode Isiand上具有类似路龄、结构、气候，但采用不同沥青铺筑的道路进行了测试，发现便携式DRIFTS可以有效辨别不同沥青的老化速率。

试验

现场阶段

路段选取。研究选取了两组路段。第一组为10段位于ConnectIcut州的已知路龄5~I4A和沥青等级(PG64－22或PG64－XX)的道路。第二组为12段位于RHodeISlAnd州的已知路龄5~10A的聚合物改性沥青(PG76－34CMCR)道路。各沥青的PG等级由ConnectIcut和RHodeISlAnd州交通部提供。两组路段均为低交通量的城市或郊区的主干道，罩面为2英寸厚。

样品收集。从22个路段的面层采集HMA样品。在每段路随机选取一处，使用锤钻在1m2围内取三个深I2.5mm、直径12.5mm的钻芯以得到样品。然后将样品用塑料袋封装后送至实验室进行DR光谱检测。样品的粒径约为600um(美国30号筛)、公称直径150um(美国100号筛)，该尺寸在测试时可以得到较强的信号，并将散射的影响降至最低。

漫反射检测。使用带有DR附件的Bruker ALPHAFT－IR光谱仪采集HMA样品的IR谱图。每个样品做5个平行测试以得到标准偏差。测试时将0.2ｇ的HMA粉末状置于圆柱形样品池中，然后放在DR附件里进行测试采集反射光谱。测试条件：扫描24次、分辨率8cnT1、扫描范围4000~600cm－1。

氧化速率的谱图分析。谱图分析的最终目的确定沥青的氧化速率，并与现场采集的HMA样品的氧化速率做对比。为了达到这个目的，首先要确定沥青中特征官能团的红外吸收峰，本研究关注的官能团主要有脂肪经(CH.(AlCH2)n，AlCH3)、芳香烃(ARC＝C和AICH)，以及碳、硫氧化物(C＝0、S＝0)和羟基(OH)。根据已有文献报道，研究方法如下：首先使用ATR和DR谱图分别确定上述官能团在沥青和沥青混合料的出峰位置；其次，分别计算得到沥青和沥青混合料IR谱图中位于1740~1670cnT1续基吸收峰(CA)的面积；然后，将CA与老化时间作图得到氧化趋势，由此计算得到实验室和现场钻芯所得样品老化曲线的斜率，即为氧化速率；最后，对比由DR、ATR两种不同方法得到的沥青的氧化速率。

实验室阶段

为对比实验室与现场的氧化速率，从NewＥnｇlAnd炼油厂取到了铺筑ConnectIcut和RHodeIsland州道路的原样沥青(PG64-22和PG76-34CMCR)，并在Connecticut大学开发的压缩式老化装置上进行了老化实验。该装置(衰减全反射老化箱，ATRAC)采用热空气吹扫沥青膜，同时采用ATR确定氧化速率。将厚度为100uumm的沥青膜置于ATR晶片上，然后用重1盎司圆柱罩密封，组成老化装置。热空气由内置的热风机吹人，空气的压力和温度由气流调节器和温控器控制。ATＫAC系统可以在90~160℃以及10~70pSI压力下老化沥青样品。在老化的最初5mIn内，每1mIn釆集一次IR谱图，之后每5mm采集一次。本研究中每个沥青取3个平行样品在，135订氧化45mIn，然后得到平均氧化速率进行分析。

现场结果

DR制样方法最适用于分析粉末状的HMA样品，并且，通过观察洒青ATR谱图与HMA的DR谱图上的出峰位置可以更准确的比较二者的测试结果。另外，还对比了从不同路段采集到的HMA样品的氧化趋势，每个数据点为同一样品的5个CA平行数据的平均值。可以明显看出对于采用PG64－22铺筑的HMA，其CA随着老化时间的延长而线性增加，但是对于使用PG76－34铺筑的HMA，其CA基本不随老化时间而发生太大变化。拟合趋势线的截距可发现，两类不同的HMA在刚铺筑时具有相同的初始氧化程度(PG64－22：2.96；PG76＿34283)。

现场试验与室内结果的关系

为实验室得到的两种沥青的氧化趋势。可以看到在ATRAC装置中PG64－22的氧化速率为PG76＿34CMCR的两倍，此结果也与现场数据相吻合。研究还发现PG76－34CMCR及其混合料在现场与实验室两种不同条件下的老化速率有较大差异，这是由于混合料体积性质的高变异性造成的，这也导致了其路面氧化程度的高离散型(R2仅为0.04)发现与其对应的混合料类似，两类沥青具有几乎相同的初始羰基含量(PG64－22：0.058；PG76－34：0.056)。以上结果表明ATRAC装置适合加速老化沥青材料来模拟混合料在实际使用时的老化情况。