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瀝青水老化的微觀特性

導(dǎo)讀:本文上海昌吉地質(zhì)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(diǎn)，在綜合考慮循環(huán)次數(shù)、溫度、氧及水等因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了室內(nèi)“干濕-凍融”循環(huán)試驗(yàn)。

來(lái)源：未知發(fā)布日期：2019-08-29 15:06【大中小】

瀝青膠結(jié)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(xiàn)象，致使瀝青路面產(chǎn)生松散、開(kāi)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(huán)境因素的綜合影響外，在遭遇冰雪、低溫天氣時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間處于低溫飽水狀態(tài)及溫度頻繁交替變化環(huán)境將引起瀝青微觀結(jié)構(gòu)的改變，致使其在宏觀尺度出現(xiàn)“老化硬化”現(xiàn)象，大大縮短瀝青路面的使用壽命。本文上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司以基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青為研究對(duì)象，在薄膜烘箱老化的基礎(chǔ)上，綜合考慮循環(huán)次數(shù)、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(cè)試技術(shù)，定性和定量的分析基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青在“干濕-凍融”循環(huán)作用前后的特征官能團(tuán)、分子量分布及分子量相對(duì)含量變化，從微觀層面探究瀝青在“干濕-凍融”循環(huán)作用下的水老化機(jī)理，以期對(duì)南方夏季高溫高濕及冬季微凍融地區(qū)瀝青路面材料的選擇、設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)有一定指導(dǎo)意義。

1.綜合分析——瀝青老化機(jī)理探討
(1）亞砜基老化FTIR分析得知基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青老化后亞砜基含量增多，這可能是氫過(guò)氧化物作為氧化劑與含硫基團(tuán)（硫醚基等）反應(yīng)形成的。
(2）水對(duì)瀝青老化過(guò)程的促進(jìn)機(jī)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(zhì)，在水環(huán)境中易被水降解或進(jìn)一步的氧化反應(yīng)，促進(jìn)瀝青老化進(jìn)程的加速。例如，瀝青或老化過(guò)程中生成的含有羰基物質(zhì)可按下式被進(jìn)一步氧化成羧酸。
②夏季高溫高濕的環(huán)境中，空氣中含有豐富的水氣分子，瀝青在老化過(guò)程中，由于氧氣供應(yīng)不及時(shí)，致使形成的自由基數(shù)量較少，可不斷地進(jìn)行自由基鏈增長(zhǎng)和歧化反應(yīng)，從而使較多的高分子斷裂并生成較多的極性基團(tuán)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(huán)境中可發(fā)生下列離子型水合反應(yīng)，使極性基團(tuán)更為增多。
③瀝青質(zhì)中一些極強(qiáng)的親水基團(tuán)（—OH、—CHO、—COOH、—NH2等）易被水溶解或吸收、或被水沖刷掉，導(dǎo)致瀝青的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生進(jìn)一步的變化。

2.結(jié)論
(1）FTIR試驗(yàn)表明，在不同的“干濕-凍融”循環(huán)次數(shù)下，波數(shù)1700cm-1附近處無(wú)羰基吸收峰出現(xiàn)，波數(shù)1031cm-1附近亞砜基吸收峰強(qiáng)度隨著“干濕-凍融”循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)出較大變化。這可能是由于60℃的試驗(yàn)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(yàn)表明，隨著“干濕-凍融”循環(huán)次數(shù)的增加，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的數(shù)均分子量、重均分子量、分散度及LMS%、MMS%及SMS%均發(fā)生變化。其中，表征基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青老化的LMS%均呈現(xiàn)出逐漸增大趨勢(shì)。
(3）FTIR與GPC試驗(yàn)結(jié)果表明，由于在不同循環(huán)次數(shù)的“干濕-凍融”循環(huán)作用下，SBS改性瀝青的亞砜基含量和LMS%的增量均小于基質(zhì)瀝青的，SBS改性瀝青的抗水老化性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青?？捎脕嗧炕卣鞣逯笖?shù)和LMS%來(lái)表征“干濕-凍融”循環(huán)作用過(guò)程中氧氣對(duì)瀝青的老化。在夏季高溫高濕冬季微凍融的南方地區(qū)修筑瀝青路面，優(yōu)先推薦選用SBS改性瀝青材料。本文中，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司僅采用FTIR和GPC測(cè)試技術(shù)從瀝青的化學(xué)特性出發(fā)研究了水環(huán)境中“干濕-凍融”循環(huán)作用對(duì)瀝青微觀老化特性的影響，在后續(xù)的研究中將結(jié)合原子力顯微鏡技術(shù)及宏觀測(cè)試技術(shù)探究水環(huán)境中“干濕-凍融”循環(huán)作用對(duì)瀝青納觀形貌、力學(xué)性質(zhì)及高低溫流變性質(zhì)的影響。

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