全氣候老化瀝青的組分和AFM微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、目前，瀝青路面越來越多的出現(xiàn)于各級公路，這與瀝青性能的不斷改善有極大關系，但因瀝青老化而導致瀝青路面破壞的問題時常發(fā)生。瀝青老化后會變得硬且脆，這將嚴重影響到瀝青路面的使用性能。此外，瀝青路面的翻修養(yǎng)護，不僅需要消耗大量的瀝青資源，而且會延長過往車輛的在途時間。
　　瀝青膠結(jié)料微觀結(jié)構(gòu)的變化必然是由其化學組分含量發(fā)生改變引起，而其組分含量改變又會直接影響瀝青膠體結(jié)構(gòu)的類型，進而對瀝青的各項性能產(chǎn)生重要影響。瀝青的化學組成、微觀結(jié)構(gòu)

2、和宏觀路用性能間的聯(lián)系是道路瀝青材料研究的關鍵問題。因此，利用瀝青的化學組分和原子力顯微鏡(AFM)微觀結(jié)構(gòu)來探究瀝青老化的機理是非常重要且有意義。
　　本研究選用全氣候老化OGFC-13瀝青混合料回收的基質(zhì)和SBS改性兩種瀝青為研究對象。瀝青經(jīng)過混合料的抽提和蒸餾后，結(jié)合瀝青的四組分試驗、AFM試驗和美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）流變性能試驗，來研究瀝青的老化機理。全氣候老化時間分別為0、1000、2000和3000小時。此外

3、，還做了SHRP老化基質(zhì)和SBS改性瀝青的對比試驗。首先，研究了兩種不同老化方式下，瀝青流變性能的變化以及SBS改性瀝青混合料路用性能的變化。其次，分析了兩種不同老化方式下基質(zhì)和SBS改性瀝青四組分的變化規(guī)律，并與其流變性能以及SBS改性瀝青混合料的路用性能做線性相關分析。最后，用AFM技術對老化后瀝青的微觀結(jié)構(gòu)進行分析，同時對兩種不同老化方式下瀝青的化學組分和其AFM微觀結(jié)構(gòu)形貌間的關聯(lián)作了探討。
　　研究結(jié)果表明:(1)隨著老

4、化時間的增加，兩種全氣候老化瀝青的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量均增加，芳香分和飽和分則降低，且線性相關系數(shù)R2均很高，兩種瀝青的膠體不穩(wěn)定指數(shù)Ic不同但基本無變化。兩種SHRP老化瀝青四組分的變化規(guī)律一樣，但SBS改性瀝青的Ic從0.411逐漸上升至0.734。(2)隨著老化時間的增加，兩種全氣候老化瀝青的3個AFM因子:展平面積差(ISAD)、高度均方根(Rq)和極大與極小高度差(Rmax)均增加。SHRP老化瀝青也是一樣，但兩種不同老化方式下，

5、瀝青微觀結(jié)構(gòu)中“蜂狀結(jié)構(gòu)”數(shù)量的變化規(guī)律相反。(3)兩種全氣候老化瀝青四組分的含量和其流變性能指標均有較高的線性關聯(lián)，其瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量增加的越多，飽和分和芳香分減少的越多，流變性能劣化得就越嚴重，兩種SHRP老化瀝青的四組分也有相同的規(guī)律。此外，發(fā)現(xiàn)瀝青四組分的含量和其混合料凍融劈裂強度比間的關聯(lián)系數(shù)明顯相對較低，說明瀝青的性能和其混合料水損害的關聯(lián)程度較低。(4)兩種全氣候老化瀝青的3個AFM因子增加，其旋轉(zhuǎn)黏度、抗車轍因子和疲勞開

6、裂因子均增加。瀝青微觀結(jié)構(gòu)中“蜂狀結(jié)構(gòu)”三維尺寸的增大，會造成其流變性能的劣化，兩種SHRP老化瀝青也是一樣。此外，ISAD和Rmax與混合料凍融劈裂強度比間的關聯(lián)性比四組分更差。(5)兩種全氣候老化瀝青瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量的增加，其3個AFM因子均線性增加，輕組分即芳香分和飽和分則有相反規(guī)律。瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量升高，也會造成其微觀結(jié)構(gòu)中“蜂狀結(jié)構(gòu)”三維尺寸的增大，兩種SHRP老化瀝青也有一樣的規(guī)律。兩種不同老化方式下，改性劑SBS均能減緩瀝