不同改性抗老化瀝青的性能探究

吳鴻飛 宋金平 馮瑞 陳萌 董子震

(1.河北光太路橋工程集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056000)

一、引言

隨著我國的公路里程逐年增多，因熱氧老化導(dǎo)致的路面性能衰減問題日益嚴(yán)峻，進(jìn)而引發(fā)瀝青路面使用年限縮短的嚴(yán)重后果。近年來，不少國內(nèi)外學(xué)者研究瀝青路面的熱氧老化問題，最常使用的是將抗熱氧老化添加劑作為抗氧劑。董子震、胡江三等人表明不同抗氧劑摻入瀝青后制備出的抗氧化改性瀝青具有更優(yōu)的抗裂性能；陳華鑫等人評(píng)價(jià)了三種抗老化劑對瀝青抗老化性能的影響；郭猛等人分別從宏觀角度和微觀角度綜合分析了抗老化瀝青的研究進(jìn)展。

本文選用Irganox 1010和Irgafos 168作為抗氧化劑，制備改性抗老化瀝青，測試瀝青添加抗氧化劑前后的針入度、軟化點(diǎn)、延度的變化趨勢，并從微觀角度探究兩種改性抗老化瀝青老化前后的形貌變化，確定抗氧化劑的最佳摻量，為瀝青抗老化性能的研究提供理論基礎(chǔ)。

二、實(shí)驗(yàn)

（一）原材料

本文選用的是東明70#瀝青，兩種抗老化劑的指標(biāo)如表1所示。

表1 抗氧化劑基本指標(biāo)

（二）試驗(yàn)方案

改性抗老化瀝青的制備：選用高速剪切儀，Irganox 1010和Irgafos 168的摻量均為0%、3%、6%和9%，用來制備1#和2#瀝青。首先將70#瀝青置于135℃的烘箱中1h，取出后放入150℃的高速剪切儀中，加入抗氧劑，以4500rad/s的轉(zhuǎn)速剪切15min。

改性抗老化瀝青微觀形貌觀測：使用原子力顯微鏡（AFM）觀測瀝青表面形貌。

三、結(jié)果與討論

（一）三大指標(biāo)

圖1顯示，兩種抗氧劑對瀝青的針入度影響不同。對于Irganox 1010，摻量為3%時(shí)，針入度下降了3.4%，摻量9%時(shí)下降了17.2%，說明摻量越大，1#瀝青針入度下降幅度越大。與之不同的是，Irgafos 168抗氧劑摻量的增加使瀝青的針入度呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢。圖2可以看出，1#瀝青軟化點(diǎn)在Irganox 1010摻量為6%時(shí)上升最多為0.4%，摻量為9%時(shí)下降最多為0.6%，說明Irganox 1010對瀝青的軟化點(diǎn)影響較小。而Irgafos 168的摻入使瀝青的軟化點(diǎn)持續(xù)下降，對軟化點(diǎn)影響較大。觀察表2，在Irganox 1010摻量為3%時(shí)，1#瀝青的延度有所提高，摻量6%時(shí)，延度反而下降，在9%摻量時(shí)甚至發(fā)生脆斷，說明Irganox 1010的摻量越大對瀝青的低溫性能越不利。在摻入9%的Irgafos 168時(shí)，2#瀝青延度有所改善，相比70#瀝青提高了26.6%，說明摻入9%Irgafos 168對2#瀝青的延度有一定改善作用。

圖1 不同抗氧劑摻量對瀝青針入度的影響

圖2 不同摻量抗氧劑對瀝青軟化點(diǎn)的影響

表2 不同抗氧劑對瀝青延度的影響

（二）表面形貌

從圖3（a）和（b）可以看出，70#瀝青老化后“蜂狀結(jié)構(gòu)”的尺寸變大，數(shù)量增多，且出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致“蜂狀結(jié)構(gòu)”面積增大。從圖3（a1）中可以看出，隨著Irganox 1010摻量的持續(xù)增加，“蜂狀結(jié)構(gòu)”的數(shù)量和面積不斷增大；經(jīng)過短期熱氧老化后，圖3（a2）的變化較小，但圖3（b2）、（c2）的“蜂狀結(jié)構(gòu)”尺寸、數(shù)量增加明顯，說明Irganox 1010的摻量越大，對1#瀝青的抗老化性能影響越大。圖4（a1）、（b1）、（c1）中看出“蜂狀結(jié)構(gòu)”的尺寸逐漸變大，數(shù)量增多。經(jīng)過短期熱氧老化后，2#瀝青中“蜂狀結(jié)構(gòu)”的尺寸和數(shù)量在不斷減小，分散更加均勻，摻加9%Irgafos 168的瀝青表面“蜂狀結(jié)構(gòu)”的尺寸、大小和數(shù)目的下降最為明顯，說明摻入Irgafos 168后2#瀝青的抗老化性能得到提高，且摻量越大，提高的程度越明顯。

圖3 1#瀝青在不同Irganox 1010摻量下老化前后的AFM圖

圖4 2#瀝青在不同Irgafos 168摻量下老化前后的AFM圖

四、結(jié)語

Irganox 1010摻量大于3%時(shí)，針入度、延度急劇降低，對低溫性能有不利影響。Irgafos 168在摻量為9%時(shí)，大幅提高了延度，改善了瀝青的低溫性能。

70#瀝青老化后，形貌圖中“蜂狀結(jié)構(gòu)”尺寸、數(shù)量增加。隨著Irganox 1010摻量的增加，“蜂狀結(jié)構(gòu)”的數(shù)量變多，但老化后摻加3%Irganox 1010的瀝青微觀表面變化較小。隨著Irgafos 168的增加，2#瀝青的抗老化性能有所提高。因此，為了充分發(fā)揮抗氧劑的抗老化性能，建議Irganox 1010的最佳摻量為3%，Irgafos 168的最佳摻量為9%。