徐 鵬，陳華鑫，牛冬瑜，郭彥強，樊 濤

1)長安大學材料科學與工程學院，長安大學道路結構與材料交通行業(yè)重點實驗室，陜西西安 710061；2)西安公路研究院，陜西西安 710065

熱熔型彩色瀝青越來越多地用于公交車道及城市景觀道路，并逐漸用于等級公路．常見熱熔型彩色瀝青主要由石油樹脂、輕質油分及改性劑等共混制備而成，與傳統(tǒng)道路石油瀝青的生產工藝完全不同．因此，彩色瀝青的微觀結構組成及性能是否與傳統(tǒng)的道路石油瀝青相似，能否滿足工程耐久性亟待研究．傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR)是最常用的瀝青分析方法之一，能表征瀝青的官能團及其變化．官能團是決定有機化合物的化學性質的原子或原子團[1]．近年來FT-IR方法用于瀝青研究的相關成果主要集中在道路石油瀝青及SBS改性瀝青老化前后官能團的變化及改性劑含量的定量分析，對瀝青的微觀結構組成分析及性能評價起到了重要作用，但幾乎未見彩色瀝青的相關研究成果[2-3]．為正確認識彩色瀝青與傳統(tǒng)瀝青材料的結構組成及性能差異，指導彩色瀝青的生產及應用，彩色瀝青的主要官能團特性以及彩色瀝青老化前后官能團的衰變規(guī)律亟待研究．本研究基于FT-IR試驗，對比彩色瀝青與道路石油瀝青的主要官能團及老化前后官能團的變化，分析瀝青4組分及常規(guī)性能，探索彩色瀝青的微觀組成及宏觀性能．

1 原材料

試驗選用工程中常見的彩色瀝青CA70、CA90和道路石油瀝青A70、A90. 彩色瀝青為自行制備產品，道路石油瀝青為瀝青庫取樣，均在實際工程中使用，具有代表性. 其主要技術指標如表1．

表1 瀝青主要技術指標

2 試驗方法及評價指標

采用Avatar360E.S.P.型傅立葉變換紅外光譜儀，通過液膜法制樣，在400～4 000 cm-1的范圍內采用衰減全反射紅外對試樣進行測試，并采用基線法計算峰的面積．

瀝青常規(guī)指標試驗包括瀝青的針入度、軟化點及延度3大指標試驗；短期老化試驗采用瀝青薄膜加熱試驗[4-5]．采用溶劑沉淀及色譜柱法進行瀝青的4組分分析[5]．

3 結果與討論

3.1 彩色瀝青與道路石油瀝青的FT-IR圖譜

3.1.1 彩色瀝青與道路石油瀝青FT-IR結果

圖1 彩色瀝青與道路石油瀝青的FT-IR譜圖Fig.1 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt

瀝青類型指紋區(qū)相對面積650～920920～1160特征區(qū)相對面積1160～17001700～3100A90129113220894937A70121411721804681CA9064417915984180CA7055019219344273

結合表2峰值面積計算結果可知，彩色瀝青和道路石油瀝青相比，兩個特征區(qū)主要峰形表現(xiàn)一致，無明顯差異，而指紋區(qū)區(qū)別較大．650～920 cm-1范圍道路石油瀝青面積約為彩色瀝青的2倍，而920～1 160 cm-1范圍彩色瀝青面積約為道路石油瀝青的2倍．

3.1.2 短期老化后彩色瀝青與道路石油瀝青的FT-IR結果

圖2 彩色瀝青與道路石油瀝青短期老化后的FT-IR圖Fig.2 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt after short-term aging

瀝青類型指紋區(qū)相對面積650～920920～1160特征區(qū)相對面積1160～17001700～3100A90177614328536588A70160918218775328CA9064624216314122CA7093429018805310

3.2 老化后彩色瀝青和道路石油瀝青衰變

彩色瀝青和道路石油瀝青短期老化后FT-IR分區(qū)相對面積衰變率見表4，組分的變化率見表5，常規(guī)性能指標的變化率見表6．

由表4至表6可知，短期老化后，彩色瀝青和道路石油瀝青的老化呈現(xiàn)出基本相似的變化規(guī)律．瀝青紅外光透射率有一定程度提高，組分比例發(fā)生變化，芳香分含量明顯減少，樹脂含量增加，瀝青變硬，針入度降低到老化前的60%～75%，基質瀝青延度值下降至老化前的30%左右，彩色瀝青延度下降到老化前的70%左右[12-14]．

表4 彩色瀝青與道路石油瀝青短期老化后的FT-IR分區(qū)面積衰變率Table 4 FT-IR partition contrast for road petroleum asphalt and colored asphalt before & after short-term aging %

表5 彩色瀝青與道路石油瀝青短期老化后的組分變化率Table 5 Changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt components before & after short-term aging %

表6 彩色瀝青與道路石油瀝青短期老化后的性能變化率Table 6 Performance changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt before & after short-term aging %

瀝青的老化是瀝青分子中活性基團裂解產生的自由基與氧反應的自氧化過程．瀝青的雙鍵在氫過氧化物的作用下與硫醇官能團反應生成硫醚官能團，瀝青中的硫醚、硫醇官能團被氧化成亞砜官能團[15-16]．瀝青在短期老化前便在1 030 cm-1處出現(xiàn)了較弱的亞礬官能團，這與瀝青本身是一個混合物以及瀝青在使用過程中的加熱有關，經過老化后其峰更加尖銳．此外瀝青中的不穩(wěn)定成分在老化過程中易發(fā)生分解，轉化生成含碳基官能團的組分，瀝青中的烷烴、烯烴支鏈以及芳香苯環(huán)等指紋區(qū)的相關官能團的變化多是此因素造成的[17]．

綜上所述，老化后彩色瀝青指紋區(qū)面積的變化與瀝青的組分變化及性能衰變相關，研究彩色瀝青指紋區(qū)與性能變化規(guī)律對進一步研究和評價其性能具有現(xiàn)實意義．

4 結 論

1)彩色瀝青與道路石油瀝青的主要官能團相同，峰值變化主要集中在兩個區(qū)域：1 160～3 100 cm-1特征區(qū)，主要是環(huán)烷烴和烷烴的C—H鍵伸縮振動及—CH3和—CH2—面內伸縮振動的結果；650～1 160 cm-1指紋區(qū)，主要是烷烴、烯烴支鏈以及苯環(huán)外面不同的C—H鍵彎曲震動的結果．

2)彩色瀝青和道路石油瀝青的特征區(qū)主要峰值老化前后表現(xiàn)一致，無明顯規(guī)律；指紋區(qū)區(qū)別較大；650～920 cm-1范圍道路石油瀝青面積約為彩色瀝青的2倍，而920～1 160 cm-1范圍彩色瀝青面積約為道路石油瀝青的2倍．

3)短期老化后，瀝青紅外光透射率有一定程度增加，組分比例發(fā)生變化，針入度降低，延度值下降；彩色瀝青指紋區(qū)的衰變與瀝青的常規(guī)性能及組分變化相關；研究彩色瀝青指紋區(qū)、組成及性能的關系，有助于從微觀結構行為上進一步分析其性能衰變行為．

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