基于紅外光譜的瀝青結(jié)構(gòu)表征研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理論的提出，在高等級(jí)公路的施工過(guò)程中，對(duì)瀝青路面耐久性的要求越來(lái)越高。然而，瀝青屬于有機(jī)材料，眾所周知，在自然氣候環(huán)境中的熱、光、氧等的作用下，有機(jī)材料易老化；瀝青的老化所引起的多種病害，如裂縫、麻面和坑槽等，將大大縮短了瀝青路面的使用壽命。為延長(zhǎng)瀝青路面的耐久性能，必須研究揭示瀝青在老化與抗老化過(guò)程中的成分與結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。紅外光譜法是研究瀝青組分及其分子結(jié)構(gòu)的最重要和最有效的實(shí)驗(yàn)手段之一，但由于瀝青成分

2、及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，迄今瀝青紅外光譜的研究仍存在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、評(píng)價(jià)體系混亂等問(wèn)題。本文利用多種來(lái)源不同的基質(zhì)瀝青和不同的改性瀝青，系統(tǒng)研究傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）運(yùn)用于瀝青的各種指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以揭示瀝青的物理性能、成分及其分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系規(guī)律。獲得的主要結(jié)論如下：
　?。?）分別以瀝青紅外光譜的全振動(dòng)譜區(qū)(4000~700cm-1)、基團(tuán)伸縮振動(dòng)譜區(qū)(4000~1400cm-1)、指紋振動(dòng)譜區(qū)(1400~700cm-1)

3、和飽和碳?xì)渖炜s振動(dòng)譜區(qū)(3000-2800cm-1)的總峰面積為基準(zhǔn)，計(jì)算分析瀝青中幾個(gè)主要官能團(tuán)的基團(tuán)指數(shù)，發(fā)現(xiàn)以4000~700cm-1全振動(dòng)譜區(qū)的峰面積為基準(zhǔn)計(jì)算的各官能團(tuán)相對(duì)含量，最能正確反映基團(tuán)含量與瀝青物理性能之間的關(guān)系規(guī)律。
　?。?）在實(shí)驗(yàn)室模擬的短期熱氧老化和短期紫外老化后，瀝青中羰基峰和亞砜基峰的峰面積變化增減不一，單獨(dú)的羰基峰面積更適合于評(píng)價(jià)道路瀝青的短期老化行為；但對(duì)于PAV長(zhǎng)期老化，羰基和亞砜基峰的峰面積

4、均隨老化時(shí)間的增加而增加，同時(shí)運(yùn)用羰基峰和亞砜基峰的面積兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)道路瀝青的長(zhǎng)期老化情況，更為精準(zhǔn)。
　?。?）通過(guò)四組分研究，發(fā)現(xiàn)瀝青中飽和分、芳香分和瀝青質(zhì)在采取不同的老化方式老化后各自的變化規(guī)律相同，老化過(guò)程中飽和分沒(méi)有發(fā)生斷鏈和氧化，芳香分發(fā)生了縮聚反應(yīng)形成了稠環(huán)化合物。瀝青中的膠質(zhì)在不同的老化方式下有不同的表現(xiàn)：在熱氧老化下WAR（芳香指數(shù)變化率）和Wn≥4（長(zhǎng)鏈指數(shù)變化率）均增加，形成了更多大分子的稠芳環(huán)，即轉(zhuǎn)變?yōu)闉r

5、青質(zhì)；在紫外老化下WAR和Wn≥4均不變，主要表現(xiàn)為亞砜基官能團(tuán)指數(shù)的變化率增大，表明在紫外光作用下，膠質(zhì)中的雜原子發(fā)生了氧化反應(yīng)。
　?。?）層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物（LDHs）具有多級(jí)層狀結(jié)構(gòu)，其多級(jí)層板和層間能產(chǎn)生對(duì)紫外線(xiàn)的多重吸收和屏蔽，從而起到對(duì)紫外線(xiàn)的阻隔作用；有機(jī)化蒙脫土（OMMT）也具有類(lèi)似的層狀結(jié)構(gòu)，OMMT片層可有效阻止氧在瀝青中的擴(kuò)散從而抑制瀝青的老化；紫外吸收劑通過(guò)自身對(duì)紫外線(xiàn)的吸收，來(lái)避免或減輕紫外線(xiàn)對(duì)