瀝青水老化的微觀特性

導讀:本文上海昌吉地質儀器有限公司為了模擬杭州夏季高溫高濕、冬季微凍融的氣候特點，在綜合考慮循環次數、溫度、氧及水等因素的基礎上，設計了室內“干濕-凍融”循環試驗。

來源：未知發布日期：2019-08-29 15:06【大中小】

瀝青膠結料作為修筑路面的重要材料，在施工和使用階段存在老化現象，致使瀝青路面產生松散、開裂及水損害等路面破壞。瀝青的老化除了日常所受光、水、溫等外部環境因素的綜合影響外，在遭遇冰雪、低溫天氣時，長時間處于低溫飽水狀態及溫度頻繁交替變化環境將引起瀝青微觀結構的改變，致使其在宏觀尺度出現“老化硬化”現象，大大縮短瀝青路面的使用壽命。本文上海昌吉地質儀器有限公司以基質瀝青和SBS改性瀝青為研究對象，在薄膜烘箱老化的基礎上，綜合考慮循環次數、溫度、氧、水等因素，采用傅里葉變換紅外光譜和凝膠滲透色譜微觀測試技術，定性和定量的分析基質瀝青和SBS改性瀝青在“干濕-凍融”循環作用前后的特征官能團、分子量分布及分子量相對含量變化，從微觀層面探究瀝青在“干濕-凍融”循環作用下的水老化機理，以期對南方夏季高溫高濕及冬季微凍融地區瀝青路面材料的選擇、設計、施工及養護有一定指導意義。

1.綜合分析——瀝青老化機理探討
(1）亞砜基老化FTIR分析得知基質瀝青和SBS改性瀝青老化后亞砜基含量增多，這可能是氫過氧化物作為氧化劑與含硫基團（硫醚基等）反應形成的。
(2）水對瀝青老化過程的促進機理
①聚合物在熱氧條件下老化后，生成一系列含有C-O等雜原子極性鍵的物質，在水環境中易被水降解或進一步的氧化反應，促進瀝青老化進程的加速。例如，瀝青或老化過程中生成的含有羰基物質可按下式被進一步氧化成羧酸。
②夏季高溫高濕的環境中，空氣中含有豐富的水氣分子，瀝青在老化過程中，由于氧氣供應不及時，致使形成的自由基數量較少，可不斷地進行自由基鏈增長和歧化反應，從而使較多的高分子斷裂并生成較多的極性基團和低分子物。另外，聚丁二烯鏈段中含有大量的雙鍵，在濕熱環境中可發生下列離子型水合反應，使極性基團更為增多。
③瀝青質中一些極強的親水基團（—OH、—CHO、—COOH、—NH2等）易被水溶解或吸收、或被水沖刷掉，導致瀝青的化學組成和結構發生進一步的變化。

2.結論
(1）FTIR試驗表明，在不同的“干濕-凍融”循環次數下，波數1700cm-1附近處無羰基吸收峰出現，波數1031cm-1附近亞砜基吸收峰強度隨著“干濕-凍融”循環次數的增加呈現出較大變化。這可能是由于60℃的試驗溫度條件，氧化條件較為溫和，羰基氧老化速率較慢。
(2）GPC試驗表明，隨著“干濕-凍融”循環次數的增加，基質瀝青和SBS改性瀝青的數均分子量、重均分子量、分散度及LMS%、MMS%及SMS%均發生變化。其中，表征基質瀝青和SBS改性瀝青老化的LMS%均呈現出逐漸增大趨勢。
(3）FTIR與GPC試驗結果表明，由于在不同循環次數的“干濕-凍融”循環作用下，SBS改性瀝青的亞砜基含量和LMS%的增量均小于基質瀝青的，SBS改性瀝青的抗水老化性能優于基質瀝青。可用亞砜基特征峰指數和LMS%來表征“干濕-凍融”循環作用過程中氧氣對瀝青的老化。在夏季高溫高濕冬季微凍融的南方地區修筑瀝青路面，優先推薦選用SBS改性瀝青材料。本文中，上海昌吉地質儀器有限公司僅采用FTIR和GPC測試技術從瀝青的化學特性出發研究了水環境中“干濕-凍融”循環作用對瀝青微觀老化特性的影響，在后續的研究中將結合原子力顯微鏡技術及宏觀測試技術探究水環境中“干濕-凍融”循環作用對瀝青納觀形貌、力學性質及高低溫流變性質的影響。

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瀝青水老化的微觀特性

導讀:本文上海昌吉地質儀器有限公司為了模擬杭州夏季高溫高濕、冬季微凍融的氣候特點，在綜合考慮循環次數、溫度、氧及水等因素的基礎上，設計了室內“干濕-凍融”循環試驗。

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