改性沥青的紫外老化研究.pdf

2014年8月
石油沥青 PETYROLEUM ASPHALT
第28卷第4期
改性沥青的紫外老化研究
(重庆交通大学土木建筑学院,重庆40004
摘要:我国大部分地区尤其是西部地区日照时间长,太旧光谵中紫外线比例高,而紫外
辐射同样也会导致沥青的老化。对传统基质沥青和SBS、消石灰、反应型三元共聚物
(RET)及多聚磷酸(PPA)改性沥青的紫外老化特性进行了研究。试样的降解使用傅里叶
变换红外光语和热分析进行了分析,从红外光语结果可以看出,当紫外老化200h时,SBS
多聚磷酸(PPA)和消石灰改性沥青与传统基质沥青相比表现出更高的耐光降解能力。SBS
改性沥青和消石灰政性沥青,老化后最大降解率的温度和降解终止温度増加。
关键词:多聚磷酸(PPA)光降解紫外老化改性沥青
国内外沥青是最为广泛使用的路面材料,与的花岗岩试验板涂上0.6mm薄膜的5种不同沥
其他高分子材料类似,沥青也会受到氧、紫外线青胶结料,采用 RTEOT后的0.6mm试样是为
辐射、湿度和温度的影响。 Verhalsseltl2认为,了模拟沥青胶结料在热拌沥青混合料中集料表层
紫外线辐射对沥青老化过程的影响可以忽略,因的厚度。将试验板放置于紫外老化试验箱,根据
为老化仅发生在路面结构的表面很薄层次。但是 ASTM D-4798(2008)标准,80minー个周期
由于西部的气候条件,高太阳辐射强度与高温及(64min的辐射,16min的辐射和水),试样的
水分共同作用下会导致路面使用寿命的减少?,温度控制在60℃,辐照度为340m=0.35w/m2。
因此在西部地区由于紫外线辐射而导致沥青胶结试样紫外老化时间为10,20,30,40,50
料的老化并不可以忽略。本文研究的目的是通过100,155,200h。
傅里叶变换红外光谱(FHR)和热分析比较传
紫外老化试验后,将试样进行FTIR分析。
统基质沥青和经SBS、消石灰、RET及PA改使用的设备是 ABB Bomen公司生产的MB系列
性的沥青对紫外老化的影响。
型号的傅立叶变换红外光谱( FTIR)仪,测试
1试验
条件为:分辨率4cm1,扫描次数32,扫描范
基质沥青是由克拉玛依原油提炼的70号道围400~400cm'。以CH2(1455cm),
路石油沥青(沥青A),70号沥青与4.5%的
CH3(1376cm)和C=0(1703cm1)吸
SBS制成改性沥青B,与1%的PPA制成改性沥
收的改变来评估紫外老化。
青C,及与1.2%RET+0.2%PPA制成改性沥青
使用羰基指数(Lc-o)定量评估沥青紫外老
D,此外将10%的消石灰加入到70号沥青中
化程度,其值是将中心在1703cm'羰基(C=
制成改性沥青E。
按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青
0)峰的面积除以中心在1455cmCH2峰与中
混合料试验规程》中相关方法对所选用的70号心在1376cm1CH振动峰的面积之和4。
道路石油沥青进行测试,25℃下测得的针入度
收稿吕期:2014-03-06。
为701/10mm,软化点为55℃,延度>150
作者简介:呂捷,男,重庆交通大学道路与铁道工程硕士研
cm,135℃下测得的黏度为1Pa?s。
究生。研究方向:道路工程。参与多个科研项目。邮箱
将沥青放入旋转薄膜烘箱中以模拟拌和过程
807580289@qq.com
基金项目:重庆市科技攻关计划项目(项目编号
中沥青的老化。长宽分别为150mm和100mm
2013AC6203)。
第4期
吕捷·改性沥青的紫外老化研究
对沥青老化前后的试样进行了热分析。使用振动峰,1680~1706cm'频率范围是羧酸基团
NETSCH STA409EP设备进行了热重和差热分的伸缩振动,从图3可以看出,PPA改性沥青C
析。30mg的试样在标准氧化铝坩埚中加热,以紫外老化100h其峰强最高。PPA改性沥青C,
每分钟10℃的速率从室温加热到745℃。
1375cm~'和1458cm'处可以观察到CH3和
2结果和讨论
CH2基团的振动峰,且他们的紫外光吸收值对老
使用金刚石池在衰减全反射(ATR)模式化前的沥青试样是最高的。
下对沥青胶结料进行光谱分析。图1显示了沥青
A在老化箱中老化50,100,150,200h的FIR
-50h
光谱。老化前在1375cm1和1458cm'处可以
0,06
观察到CH3和CH2基团的振动峰,且它们的峰
0:04
强值是最高的。对SBS和PPA改性沥青观察到
同样的结果。
1900180017001600150014001300
波数/cm
「0h
10 h
图2沥青B在紫外老化箱中老化
50,100,150,200h的FNIR图谱
-0 h
50h
180017001600150014001300
100h
波数/cm1
0.10
200h
图1沥青A在紫外老化箱中老化
0.05
50,100,150,200h的FIR图谱
在图1中,对沥青A波数1600cm为
18001700
1600150014001300
波数/cm1
C与C=0共轭作用产生振动峰,且它们的峰值
随着老化时间的延长而增加。1680~1706cm
图3沥青C在紫外老化箱中老化
频率范围是羧酸基团的伸缩振动,且它们的红外
50,100,150,200h的FIR图谱
吸收强度随着老化而增加。当试样紫外老化100h
对添加RET和PPA的沥青D(图4),波数
时可以观察到C-C与C=0共轭作用产生的峰1375cm'是CH3基团的面内变形振动。可以看
强值最高,且生成羧酸官能团。
出,老化前沥青峰强最高。沥青老化50h后
对添加SBS的沥青B,从图2可以看到,在在1458cm'波数处的峰强比老化前更高,当老
1375cm和1458cm'的峰是CH3和CH2的振化200h后峰值最低。这个结果证实了,试样在
动,且它们的吸收强度在紫外老化50h时是最老化试验中发生氧化反应。在1600cm'处是C
高的。1600cm'为C-C与C=0共轭作用产C与C=0的共轭振动,1680~1706cm'是羧
生振动,且老化过程中在1680~1706cm'出酸的振动峰。从图4可以看出,老化150h的峰
堄羧酸的振动峰,这表明老化期间出现氧化过强最高,这表明老化150h发生的氧化程度最
程。1645cm~'和1550cm1为存在于SBS分子高。
中C=C和芳香基团的C=C振动峰,而这仅在
对消石灰改性沥青E(图5),1375cm'和
老化前SBS改性沥青中才观察到。在紫外老化1458cm'是面内CH3基团变形振动和CH2基团
试验过程中C=C双键断开,且碳与氧发生反的变形振动,沥青老化前CH2基团的峰强最高。
应。1600cm~1为C-C与C=0共轭作用产生1600cm'处是C-C与C=0共轭作用引起振