改性沥青的软化点能反映改性沥青的黏度和温度敏感度,与改性沥青铺设路面的硬度有关,因此软化点可用于评价沥青的高温性能。考虑到不同沥青软化点初始值的差异,本文采用改性沥青软化点变化率来评价改性沥青的老化性能。软化点变化率定义为: 改性沥青老化前后软化点差值与改性沥青软化点的比值。软化点变化率越小,沥青的抗老化性能越好。由于 DCLA 制备的 SBS 改性沥青老化过程中包 括 SK90 老 化、SBS 老 化 及 DCLA 老 化,其中 SK90 的老化使得沥青硬化,软化点升高; DCLA在老化过程中,通过发生氧化反应,使分子质量变大,软化点升高。SBS 改性剂在老化过程中通常伴随着 降 解 反 应,造成粒径及分子质量减小,导致 SBS 改性沥青软化点变化不规律,因此应综合整个体系来研究改性沥青的软化点变化。DCLA改性沥青体系中的 SBS 及沥青质含量与改性沥青老化前后软化点变化率的关系如图 1 所 示。可知,改性沥青体系中沥青质含量越多、SBS 含量越少,则改性沥青老化残留物软化点变化率越小。当 SBS /沥 青 质 为 0. 29 时,其 软 化 点 变 化 率 为1. 81%。由于 DCLA 中含有约 45%的沥青质,在改性沥青制备中,随 DCLA 的增加,改性沥青体系中的沥青质含量增多,老化后软化点变化率降低,因此 DCLA 的加入有利于改善 DCLA 改性沥青的老化。
沥青的低温延度能反映沥青在低温状态下的塑性,即变形能力的好坏。多数学者认为沥青的延度与路面的使用性能有一定相关性,尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切。公路调查研究表明沥青的延度是决定沥青道路长期使用性能的重要因素。DCLA 改性沥青老化后残留延度和体系中胶质含量的关系,此处胶质是石油沥青四组分中的胶质和 DCLA 中“类胶质物”的统称。质,沥青质增加延度则变差,当改性沥青体系中胶质含量 28%时,老化后延度降低率达到 70%。沥青中四组分的反应活性依次为: 胶质>芳香分>沥青质>饱和分。在道路沥青中,胶质能改善道路沥青的塑性与黏弹性,有效提高沥青的延展度,是道路沥青的重要组分之一,但其自身活性较大,是不稳定物质,老化过程中易被氧化而缩合成沥青质,从而影响改性沥青的使用性能。
3.老化对 SBS 改性沥青微观方面的影响
本文采用凝胶色谱法( GPC) 分析测定改性沥青老化前后分子质量分布变化规律,并结合红外、元素等组成分析探讨道路沥青的老化机理。
3. 1 分子质量分布
改性沥青及原料分子质量变化。基质沥青和 DCLA 老化前后分子质量变化( W为质量,Mn 为数均分子量,Mw 为重均分子量) 。老化后重均分子质量变大,DCLA的平均分子质量由 337 g /mol 提高至 448 g /mol,DCLA 最小分子质量由 192 g /mol 变为 259 g /mol,DCLA 老化后分子质量向大分子方向移动。
3. 2 红外光谱分析
红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而形成的吸收光谱,不同的物质对红外吸频率不同,进而形成的吸收峰也不一样,因此可利用红外光谱对有机分子进行检测,并在红外谱图库中找到与吸收峰相对应的化学基团,从而确定样品中存在的化合物或官能团。
4.结 论
1) 对 DCLA 制备的改性沥青老化前后的分子质量、红外光谱、氧含量等分析,发现改性沥青的老化不是单一反应,是包括氧化( 氧含量增加) 、挥发( 轻组分挥发减重) 、聚合团聚( 分子质量增大) 、断裂( SBS 分子质量减少降解) 等在内的多种反应的综合结果。其中体系中的沥青质能降低改性沥青的低温延度,胶质能改善改性沥青的低温延度,但胶质活性较大极易与空气中氧发生反应生成沥青质,从而造成老化后残留延度降低。
2) DCLA 改 性 沥 青 符 合 JTGF 40—2017 规 定的 SBS 改性
沥青老化后的质量变化不大于± 1%的标准。
3) 随着 DCLA 增加,改性沥青体系中沥青质含量增多,则改性沥青的软化点变化率越小,残留针入度比越大,则抗老化性能越好。为达到 JTGF 40—2017 的 I-D 改性沥青延度标准,即 5 ℃ 的延度不小于 20 cm,则改性沥青体系中沥青质含量不能超过12. 9%,其残留针入度比为 72%。
4) DCLA 老化时,由于活性基团与空气中的氧发生反应,氧含量由 3. 8%增加到 4. 1%,平均分子质量由 337 g /mol 增加到 448 g /mol。SBS 在老化过程中发生氧化降解,氧含量由 0. 7%增加到 2. 7%,平均分子质量由 41 482 g /mol 降到 20 647 g /mol。
5) 胶质能提高改性沥青的低温延度,但胶质不稳定,易与空气中的氧发生氧化反应,这体现在红外谱图中出现的羰基 C O 与亚砜基 S O,当体系
中胶质含量 28%时则老化后延度降低率达到 70%。