天津市市政工程设计研究院 天津 300051
摘要：本文利用红外光谱的定性及定量分析，研究机蛭石（Organic Expanded Vermiculite，OEVMT）改性温拌沥青的老化性能，通过微观实验表征短期老化和长期老化后复合改性沥青中羰基变化评价沥青老化性能。
关键词：红外光谱；有机蛭石；温拌沥青；老化性能
随着交通量不断增长，超载、重载等现象的普遍发生，使得沥青路面在服役过程中面临着严峻的考验。沥青材料在路面建设和服役过程中受到热、水、氧及光等环境因素的作用下会发生老化现象，沥青老化严重影响沥青路面的使用品质与服役寿命。而红外光谱分析是有机化合物结构鉴定中的一个重要手段，在研究聚合物化学结构分析研究中广泛应用。
一、实验材料
试验沥青采用阿尔法70#沥青，温拌剂为德国Sasol-Wax公司生产的Sasobit，其性能指标为：熔点115℃，闪点286℃，密度0.9g/cm。
二、红外光谱试验结果分析
实验采用3% OEVMT+3% Sasobit复合改性沥青，并经过旋转薄膜烘箱老化（RTFO）与压力老化（PAV），采用红外光谱实验分析结果如下图1~3。
图3 OEVMT改性温拌沥青老化前后红外图谱
从图1~3可以看出，图谱中最为明显的是2923cm-1、2850cm-1、1602cm-1、1455cm-1、1375cm-1、1024cm-1以及735cm-1附近吸收峰，其中2923cm-1与2850cm-1处是分别沥青亚甲基中C=H的不对称伸缩和对称伸缩振动的吸收峰；1602cm-1是芳香族化合物环内C=C的骨架振动的吸收峰；由于亚甲基C=H弯曲振动的频率位于1465cm-1左右，而甲基C=H不对称弯曲振动的频率在1460 cm-1附近，两者非常接近，这两个频率带通常会叠加在一起．因此1455cm-1处是亚甲基C=H弯曲振动和甲基C=H不对称弯曲振动叠加的吸收峰；1375cm-1是甲基C=H对称弯曲振动的吸收峰；1020cm-1处是亚砜基（S=O）官能团的振动的吸收峰；865cm-1与813cm-1处是由苯环上1,2,4或者1,4取代引起的吸收峰；735cm-1处是由芳香族支链的弯曲振动所引起的吸收峰。这些吸收峰充分说明沥青是由多种饱和长链烷烃、芳香族、带长链的碳氢化合物组成的混合物，组成和结构复杂。
如图1所示，加入OEVMT后温拌沥青在2923cm-1、2850cm-1处吸收峰的吸收强度增大，由此可以推断出改性沥青中甲基和亚甲基基团都有不同程度增加，而其他基团有所减少。OEVMT改性温拌沥青红外图谱中590cm-1与429cm-1处吸收峰消失，在448cm-1处出现新的吸收峰，对应OEVMT骨架八面体中Si-0-Si的弯曲振动。
图2结果表明，经RTFO和PAV试验得出的老化温拌沥青，在2923cm-1、2850cm-1处吸收峰的吸收强度增大，而在1602cm-1、1455cm-1、1375cm-1、1024cm-1以及735cm-1附近吸收峰强度均有不同程度减弱，说明在老化的过程有些高分子长链化合物发生了断链分解，双键或者三键断裂生成了饱和甲基基团，而有一些小分子化合物由于脱氢缩合生成了长链化合物，双键或者三键发生加成反应生成了亚甲基基团，从而引起这两种基团的浓度上升，吸收加强。表明温拌沥青在老化过程中，沥青中发生了诸多化学反应。而诸多反应中以氧化反应为主，沥青中部分碳和硫被氧化形成羰基和亚砜基，由于亚砜基的热稳定性较差在1030cm-1吸收峰并不明显。
如图3所示，OEVMT改性温拌沥青，经RTFO和PAV老化后在2923cm-1和2850cm-1处吸收峰变化并不明显，RTFO后OEVMT改性温拌沥青吸收峰均有所增强，其中1602cm-1、735cm-1以及448cm-1增强较为明显，OEVMT导致温拌沥青老化后其芳香族化合物与OEVMT骨架八面体中Si-0-Si增强，PAV老化后官能团强度均有所削弱。
本文通过对温拌沥青过老化前后羰基等含氧官能团吸收峰的变化可以用来探讨沥青老化程度。特征吸收峰面积采用红外分析软件Omnic进行，羰基指数的计算公式见式2.1。
温拌沥青老化前后羰基指数如表1所示，温拌沥青的羰基指数随老化程度提高而增大，而OEVMT改性温拌沥青老化后羰基所占比例减少，表明OEVMT能够有效地阻止沥青被氧化。
结论
（1）沥青在老化过程中发生了诸多化学反应，其中以氧化反应为主；
（2）OEVMT对短期老化和长期老化后改性沥青中羰基的生成抑制效果明显，表现出较好的短期和长期耐热氧老化性能；
参考文献
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论文作者:杜彬
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/13
标签：沥青论文; 羰基论文; 甲基论文; 基团论文; 弯曲论文; 芳香族论文; 性能论文; 《防护工程》2019年第2期论文;