沥青水老化的微观特性

导读:本文上海昌吉地质仪器有限公司为了模拟杭州夏季高温高湿、冬季微冻融的气候特点，在综合考虑循环次数、温度、氧及水等因素的基础上，设计了室内“干湿-冻融”循环试验。

来源：未知发布日期：2019-08-29 15:06【大中小】

沥青胶结料作为修筑路面的重要材料，在施工和使用阶段存在老化现象，致使沥青路面产生松散、开裂及水损害等路面破坏。沥青的老化除了日常所受光、水、温等外部环境因素的综合影响外，在遭遇冰雪、低温天气时，长时间处于低温饱水状态及温度频繁交替变化环境将引起沥青微观结构的改变，致使其在宏观尺度出现“老化硬化”现象，大大缩短沥青路面的使用寿命。本文上海昌吉地质仪器有限公司以基质沥青和SBS改性沥青为研究对象，在薄膜烘箱老化的基础上，综合考虑循环次数、温度、氧、水等因素，采用傅里叶变换红外光谱和凝胶渗透色谱微观测试技术，定性和定量的分析基质沥青和SBS改性沥青在“干湿-冻融”循环作用前后的特征官能团、分子量分布及分子量相对含量变化，从微观层面探究沥青在“干湿-冻融”循环作用下的水老化机理，以期对南方夏季高温高湿及冬季微冻融地区沥青路面材料的选择、设计、施工及养护有一定指导意义。

1.综合分析——沥青老化机理探讨
(1）亚砜基老化FTIR分析得知基质沥青和SBS改性沥青老化后亚砜基含量增多，这可能是氢过氧化物作为氧化剂与含硫基团（硫醚基等）反应形成的。
(2）水对沥青老化过程的促进机理
①聚合物在热氧条件下老化后，生成一系列含有C-O等杂原子极性键的物质，在水环境中易被水降解或进一步的氧化反应，促进沥青老化进程的加速。例如，沥青或老化过程中生成的含有羰基物质可按下式被进一步氧化成羧酸。
②夏季高温高湿的环境中，空气中含有丰富的水气分子，沥青在老化过程中，由于氧气供应不及时，致使形成的自由基数量较少，可不断地进行自由基链增长和歧化反应，从而使较多的高分子断裂并生成较多的极性基团和低分子物。另外，聚丁二烯链段中含有大量的双键，在湿热环境中可发生下列离子型水合反应，使极性基团更为增多。
③沥青质中一些极强的亲水基团（—OH、—CHO、—COOH、—NH2等）易被水溶解或吸收、或被水冲刷掉，导致沥青的化学组成和结构发生进一步的变化。

2.结论
(1）FTIR试验表明，在不同的“干湿-冻融”循环次数下，波数1700cm-1附近处无羰基吸收峰出现，波数1031cm-1附近亚砜基吸收峰强度随着“干湿-冻融”循环次数的增加呈现出较大变化。这可能是由于60℃的试验温度条件，氧化条件较为温和，羰基氧老化速率较慢。
(2）GPC试验表明，随着“干湿-冻融”循环次数的增加，基质沥青和SBS改性沥青的数均分子量、重均分子量、分散度及LMS%、MMS%及SMS%均发生变化。其中，表征基质沥青和SBS改性沥青老化的LMS%均呈现出逐渐增大趋势。
(3）FTIR与GPC试验结果表明，由于在不同循环次数的“干湿-冻融”循环作用下，SBS改性沥青的亚砜基含量和LMS%的增量均小于基质沥青的，SBS改性沥青的抗水老化性能优于基质沥青。可用亚砜基特征峰指数和LMS%来表征“干湿-冻融”循环作用过程中氧气对沥青的老化。在夏季高温高湿冬季微冻融的南方地区修筑沥青路面，优先推荐选用SBS改性沥青材料。本文中，上海昌吉地质仪器有限公司仅采用FTIR和GPC测试技术从沥青的化学特性出发研究了水环境中“干湿-冻融”循环作用对沥青微观老化特性的影响，在后续的研究中将结合原子力显微镜技术及宏观测试技术探究水环境中“干湿-冻融”循环作用对沥青纳观形貌、力学性质及高低温流变性质的影响。

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沥青水老化的微观特性

导读:本文上海昌吉地质仪器有限公司为了模拟杭州夏季高温高湿、冬季微冻融的气候特点，在综合考虑循环次数、温度、氧及水等因素的基础上，设计了室内“干湿-冻融”循环试验。

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