1.引言
胶粉对沥青结合料性能的改善取决于许多因素，包括拌合技术（干法或湿法），胶粉颗 粒大小、掺加比例以及与沥青的混合作用时间等。A. M. Feroze Rashid 研究了胶粉改性沥 青微观力学特性，研究表明胶粉的加入，明显改变了基质沥青的变形、粘附力及消散能等 微观力学特性，尤其是 DMT 模量明显增加。Shin-Che Huang 研究了胶粉颗粒对沥青长期老 化性能的影响，认为胶粉颗粒的大小明显影响长期老化前后沥青的特性。Zahid Hossain 研究了工业农业废料改性沥青的微观特性，其中就包含废胶粉沥青，四种外加剂的加入， 不同程度的改变了沥青的形貌、DMT 模量、变形及粘附力等特性。
温拌沥青（WMA）由于降低了拌合和压实温度以及良好的服务质量和耐久性等特点被广 泛应用。由于沥青的结构及其性状，一般应用于纯物质的测试方法表征沥青及其困难，红 外光谱作为一种广泛使用的测试手法也引起大量学者的关注和研究。Lily D. Poulikakos[5]利 用 AFM 和红外光谱研究了长短期老化对再生沥青特性的影响，研究表明，老化影响了沥青 的微观形貌以及不同官能团的含量。林璐[6]等选取四种不同基质沥青运用红外光谱、元素分 析等方法对其热氧老化及化学组成进行研究，通过比较沥青老化前后红外光谱图得出，不同 种类沥青老化后的变化不同，硫含量较高的沥青其老化后亚砜基增加明显，反之其羰基峰增 加明显。王寿治等[7]研究了基质沥青和 SBS 改性沥青在短期热氧和紫外光老化条件下的红 外光谱，研究了沥青的老化机理，对比了不同老化方式老化前后的峰面积，发现亚砜基峰面 积在短期热氧老化后增加、紫外光老化后减小，说明沥青的热氧老化与光氧老化相似；对于改性沥青羰基峰和亚砜基峰的变化与基质沥青相似。 目前，基质沥青与普通胶粉改性沥青（胶粉的目数与掺量不同）老化性能的研究较多， 温拌沥青的老化研究多为添加温拌剂 Sasobit 等的 SBS 改性沥青，较少将红外光谱（FTIR） 与原子力显微镜（AFM）相结合研究热氧老化前后的温拌胶粉改性沥青化学成分的变化以及 其与纳米级力学特性的联系。改性剂胶粉与 SBS 相比，成本更低，经济性更好。本文旨在从 微观尺度，利用
上海昌吉沥青测试专用仪器红外光谱（FTIR）与原子力显微镜（AFM）研究热氧老化对温拌胶粉改性沥青微观性能的影响，研究成果对于温拌胶粉改性沥青材料设计与耐久性评价提供一定参考。
2.材料
采用盘锦 90#基质沥青（表 1），60 目（0.25 mm）橡胶粉（表 2），山东交科院自主研 发的 EW 型降粘剂。温拌剂 EW 是外观呈白色的片状固体，是一种有机降粘剂，掺量为 1%。 SDYK 型表面活性剂，为黄褐色乳状固液混合物，掺量为 0.6%。
3.实验
3.1 AFM 实验
对进行热氧老化的各种胶粉改性沥青，用热熔法制备 AFM 试样；每种测试沥青制备 3 个 AFM 试样，每个试样选测 5 个点，以保证测试结果的准确。
上海昌吉地质仪器有限公司沥青软化点仪，选用探针 K=6，扫描区域 20μm×20μm。
3.2 红外光谱（FTIR）实验
分别称取约1.5 g热氧老化前后添加温拌剂EM、SDYK的胶粉改性沥青置于洁净的ATR 晶 体板上，置于 110℃烘箱恒温保持 1 h，使沥青均匀摊铺在 ATR 晶体板的限定区域内，制 备好的样品置于 Thermo Nicolet is5 红外光谱仪上进行红外谱图采集。
沥青四组分中的沥青质，是一种极性很强的物质，其基本结构是以稠环芳香烃为核心并 连接有环烷和烷基链的分子[13]；胶质也是极性很强的分子，这使得它具有很好的粘附特性。 沥青中因为胶质的存在，对沥青质起扩散和胶溶作用，沥青质的聚集和分散与胶质在沥青质 表面的吸附和形成的空间烷基链层有关。饱和分与芳香分主要成分为脂肪烃、烷基烷烃、 环烷烃、芳香烃等 [。羰基指数与亚砜指数代表了极性成分，脂肪族类指数代表了非极性成 分，芳香分指数代表了介于极性与非极性之间的成分[15]。由表 7 可知，加入温拌剂 EM 和 SDYK 后，不同程度的改变了官能团指数，沥青分子内极性与非极性成分相对比例发生了改变，表 明了沥青四组分的相对含量发生了变化，改变了沥青中各成分之间化学键的强度，影响了红 外光谱图吸收峰的强度。通过对比胶粉改性沥青与温拌剂 EM 的红外光谱可知，其吸收峰的 位置在多处都是类似的，相似者相容，在温拌沥青制备过程中, 温拌剂 EM 被加入热沥青后 吸附与其成分相似的组分，由表 7 可知，沥青中的饱和分和芳香分含量增加，导致温拌剂 EM 更好的分散于润滑胶质与沥青质中，从而降低沥青黏度。根据温拌剂 SDYK 的分子结构以 及其与沥青有相似的成分特点，将其加入到沥青中后，其分子颗粒分布在沥青组分中，亲水 性（极性）与亲油性（非极性）的分子结构在沥青颗粒表面形成一层带电水膜，一定程度阻 碍了沥青微粒的大量聚集，降低沥青胶团粘度。
EM、SDYK 后的胶粉改性沥青（1E-60MCR、0.6S-60MCR）与普 通胶粉改性沥青（60MCR）相比，沥青的粘附力与 DMT 模量均增加；热氧老化后，三种沥青 的粘附力均减少，DMT 模量均增加。将三种沥青热氧老化前后的针入度、长链烷烃指数分别 与 DMT 模量的对应关系作图，得到图 8 与图 9。图 8 表明热氧老化前后三种沥青的 DMT 模量 与针入度呈线性关系，且 R 2大于 0.87，两者有很好的相关性，表明利用 AFM 测得的 DMT 模 量可以精确的表征沥青纳米级力学特性。由图 8 可知，当 DMT 模量增加大时，沥青针入度减 小，沥青变硬，沥青承载能力提高。 热氧老化前，由表 7 可知，加入温拌剂 EM、SDYK 之后，沥青芳香烃指数增加，表明沥 青四组分中的芳香分含量增加；支链烷烃与长链烷烃指数之和增加，表明主要成分为烷基链 层的胶质含量增加。芳香分主要影响沥青流动性，起润滑和溶解作用，胶质决定沥青的粘附 力、塑性以及流动性[18]，芳香分和胶质含量增加，所以，胶粉改性沥青粘附力增加。 图 9 表明热氧老化前后三种沥青的长链烷烃指数与 DMT 模量呈线性关系，R 2大于 0.9， 表明两者有很高的相关性，当长链烷烃指数增大时，沥青的 DMT 模量也增加。加入温拌剂 EM、SDYK 后，长链烷烃指数增加，表明温拌剂分子融入沥青，长链烷烃比重加大，且与沥 青分子形成新的聚集体，使其与沥青整体混合强度增加；此外，由表 7 可知，羰基指数与亚 砜基指数之和增加，表明极性分子比重增加，故沥青 DMT 模量增大,沥青变得更硬。
结论
（1）温拌剂 EM、SDYK 的加入后，沥青内部没发生明显的化学变化，只是相似者相容，改变 了沥青各组分的含量；
（2）热氧老化导致胶粉改性沥青发生了氧化与缩合反应；使分子间发生了断裂与重组，改 变了沥青的各项官能团指数，其中，体现老化程度的羰基指数、亚砜指数和长链烷烃指数均 增加；老化后，沥青的粘附力降低，DMT 模量增加；
（3）热氧老化后，添加温拌剂 SDYK 的沥青体现老化程度的官能团指数增加幅度最小，粘附 力减少幅度和 DMT 模量增加幅度最小，说明抗老化能力优于 1E-60MCR 与 60MCR。
