（材料学专业论文）sbs改性沥青的研究.pdf

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- a s p h a l t e n e s b r e s i n s c - - a r o m a t i c s d - - s a t u r a t e s f i g 4 - 5t g a c h i v eo f f o u r a s p h a l tf r a c t i o n s 从图可以看出，饱和份、芳香份、胶质、沥青质的主要分解温度分别为3 0 0 、4 1 2 。c 、4 3 8 c 、4 7 2 c 。从f 溏3 2 中沥青四组分结构式可以知道，饱和分 2 8 四川_ 人学硕士学位论文 主要为环烷型结构，容易断链，所以分解温度最低；而沥青质主要为多苯环结 构，所以分解温度最高。 4 3 2 沥青升温t g 曲线分析 t0 o 日 i ob 望 。 d 2 t 【) a _ j a p 柏7 0 b _ z h e n h a i 9 0 c m a o m i n 9 9 0 d h u a n x i l i n 9 7 0 ，e - h u a n x i i i n g1 3 0 ，卜一 k e l a m a y l - j i z h i ，g 一k e l a m a y i l 7 0 f i 9 4 6 t g ac u r v eo f f o u r f r a c t i o n s o f a s p h a l t 对上面七条曲线进行一次微分，可以得到每种沥青有几个不同的大的转变 温度，总结其转变温度如下表所示： t a b l e 4 2t g a a n a l y s i so f d i f f e r e n ta s p h a ru n i t ： 一 o n s e t p e a k lp e a k 2p c a k 3p c a k 4 欢喜岭7 02 8 0 93 0 0 4 0 2 4 3 6 74 6 7 9 一 欢喜岭1 3 02 8 0 93 1 3 2 4 0 6 7 4 3 0 0 4 5 0 4 克拉玛依基质2 5 8 53 0 9 54 3 9 6 4 5 1 94 7 3 2 克拉玛依17 02 3 9 92 8 4 ，7 3 9 5 94 51 7 4 6 7 7 日本7 03 4 5 3 4 3 5 4一一 一 茂名9 03 6 0 4 3 1 9一一 一 镇海9 03 6 4 74 2 5 6 4 4 5 84 5 8 8 一 对比t a b l e 3 - l 中各产地的四组分含量，分析t a b l e 4 2 中的数据可以看出 s b s 改性沥青的研究 欢喜岭7 0 、欢喜岭1 3 0 、克拉玛依基质和克拉玛依1 7 0 四种沥青起始分解 温度低于3 0 0 。c ，与其组分含量对比发现这四种沥青的饱和分含量均较高。这表 明饱和分含量高的沥青分解温度低。 4 3 3 饱和分和芳香分恒温t g 曲线分析 ( a ) a t l 6 0 i 。“一i i 。五0 基。 ( b ) a t l 8 0 f i g - 4 - 7t g a c u r v eo f s a t u r a t ea tc o n s t a n t t e m p e r a t u r e f i g 4 7 ( a ) 是饱和分在1 6 0 * c t 恒温3 h 的t g 曲线，( b ) 是饱和分在1 8 0 3 0 ， ； 叫川大学硕| 二学位论文 下恒温3 h 的t g 曲线，其重量损失量分别为4 9 1 9 和1 3 8 8 。 ”l ； 一黜 ；”、 x ! “：、。 。j + ”一” “氓飞。k 。“m ” 甜 t 矗五疵 一 凶c “j “ 4 ，、 ；弋、 。； ( a ) a t l 6 0 蕊 ( b ) a t l 8 0 6 c 1 9 4 - 8t g a 。u r v eo f a r o m a t i ca tc o n s t a n ! t e m p e r a t u r e f i g 4 8 ( a ) 是芳香分在1 6 0 c t 恒温3 h 的t g 曲线，( b ) 是芳香分在1 8 0 下恒温3 h 的t g 曲线，其重量损失量分别为1 7 1 1 和5 5 3 6 。 4 3 4 沥青恒温t g 曲线分析 将七种不同沥青在1 6 0 c t 恒温3 h ，以每分1 0 升温至1 8 0 c ，继续恒温 3 搬 、 ，b 一 ， 函 s b s 改性沥青的研究 3 h ，计算其重量损失如t a b l e 4 3 所示 t a b l e 4 3w e i g h tl o s sr a t i oo f a s p h a l t 结合t a b l e 3 一l 中沥青四组分含量，可以发现饱和分含量高的沥青( 如克拉 玛依1 7 0 # ，克拉玛依基质，欢喜岭1 3 0 # 欢喜岭7 0 # ) 损失量大。通过对四 组分和各沥青的非等温和等温热失重研究，发现在1 6 0 1 8 0 c 饱和分和芳香分 会产生较大的损耗，不同产她的沥青由于饱和分和芳香分含量的不同其损耗值 也有较大差异。因此在沥青与s b s 共混改性或长期储存时，应考虑针对不同产 地沥青补充相应的饱和分和芳香分以避免由于该组分的大量损耗而导致其性能 的下降。 3 2 心川大学硕士学位论文 4 4i n - s i t uf i t r 研究沥青的热氧老化性能 沥青从生产、储存、运输、加热拌和、摊铺直到路面形成和投入使用的各 个环节中，均不可避免的存在着不可逆的老化过程。在没有紫外光照射的情况 下，沥青老化的因素主要产生于加热和空气的接触。大量的研究表明氧是引起 沥青老化变质的主要原因，热则是促进沥青老化的主要外界因素。最常用的判 断沥青抗老化的方法是薄膜烘箱试验( t f o t ) 。薄膜烘箱试验是使沥青暴露在热 空气条件下和气流中，一方面促使沥青中轻质组分的挥发，一方面沥青与空气 中的氧发生反应。作为试验结果的质量损失来说，有时会得出质量没有减轻反 而增加的结果。“质量损失”指标本身很难说明沥青的老化程度，所以已有人建 议取消这指标【6 “。红外光谱法也常用于沥青老化的研究，但它仅能研究沥青 老化前后官能团的变化。而本文采用了原位红外的测试方法，跟踪了沥青四组 分及沥青的热氧老化过程，研究了其热氧老化性能，并找到了可提高其抗氧性 能的合适的添加剂。 4 4 1 饱和分热氧化性能分析 ( a ) i an za t m o s p h e r e ( b ) i n0 2a t m o s p h e r e s b s 改性沥青的研究 m w b e m “_ ” ( c ) i na i r a t m o s p h e r e f i 9 4 - 9 i n s i t uf t i r o f s a t u r a t e sp r o c e s s e d i nd i f f e r e n t a t m o s p h e r e f i g 4 9 是饱和分在不同气氛下的动态红外谱图，可以看到在氮气气氛下， 饱和分的碳氢振动随着温度的升高和时间的增加先略有减弱，最后趋于平缓， 1 7 0 0 c m q - 1 8 0 0c m 。附近无新的基团生成。这说明在氮气下，饱和分仅发生了断 链，无氧化发生。在氧气和空气气氛下，碳氢振动明显减弱：在1 7 0 0 c m l - 1 8 0 0 c n a 。附近有新峰生成，说明饱和分在这一条件下发生了氧化。 u m e ( m i n ) f i g 4 。1 0c a r b o o y tc o n t e n tr a t i oo f s a t u r a t e sp r o c e s s e di nd i f f e r e n t a t m o s p h e r e ( c u r v ea ) i n0 2a t m o s p h e r e ，( c u r v eb ) i na i ra t m o s p h e r e ，( c u r v ec ) i nn 2 a t m o s p h e r c f i g 4 - 1 0 是饱和分在不同气氛下的热氧化变化曲线。1 7 3 5 c m 。为c = o 吸收 振动峰，为扣除量对峰强的影响，以o m i n 时2 9 2 4 e m “峰强为参比，随时间变化 的羰基强度与初始时刻2 9 2 4 c m 。峰强比值进行热氧老化性能对比。 在氮气氛围下，这一位置并不随温度升高而出现吸收峰，但在氧气和空气 4 gelu3c8；cs8 四川火学硕1 ：学位论文 氛围下，随着时间的增加，这一位置的峰强逐渐增大到最终接近一平台。从 f i g 4 1 0 中还可以看出，在氧气氛围下饱和分羰基含量的增加速度明显高于空气 中的增加速度。由图可知氧是引起沥青老化变质的主要原因。 f i g 4 1 1 是饱和分在不同气氛中升温前后红外谱图对比，可以看到氮气氛围 下饱和分升温前后的红外谱图无明显变化。氧气和空气氛围下升温前后的谱图 变化很大，生成了许多新的基团：1 7 3 5 c m 1 是c = o 吸收振动峰，1 6 0 5 c m 叫是 c = c 吸收振动峰，1 1 2 4 c m 。和1 2 3 6 c m - 1 分别是酯类的不对称吸收特征峰和醚的 振动吸收峰1 6 7 , 6 8 1 。这一交化也说明氧的存在是促进饱和分老化的主要因素。 2 0 0 0 w m n m 自nk n i 、 f i g4 。1 1f t i rc u p i c so f s a t u r a t e sa tr o o m t e m p e r a t u r ep r o c e s s e di nd i f f e r e n ta t m o s p h e r e ( c u r v ea ) i n0 2a t m o s p h e r e ，( c u r v eb ) i na i ra t m o s p h e r e ， ( e o r v ec ) i nn 2a t m o s p h e r e ，( c u r v ed ) b e f o r ep r o c e s s 4 4 2 芳香分热氧化性能分析 妊 “ 一 ( a ) i nn 2a t m o s p h e r e 竺f f ( b i na i ra t m o s p h e r e s b s 改性沥青的研究 m w # n # ” ( c ) i n0 2a t m o s p h e r e f i g 4 1 2i n s i t uf t i r o f a r o m a t i c sp r o c e s s e di nd i f f e r e n ta t m o s p h e r e f i g a 1 2 是芳香分在不同气氛下的动态红外谱圉，在三种不同的气氛下。芳 香分的饱和碳氢振动随着温度的升高和时间的增加先略有减弱，最后趋于平缓； 在氮气气氛下，1 7 0 0 c m - i 1 8 0 0c m 1 附近无新的基团生成，说明芳香分仅发生了 断链，无氧化发生。在氧气和空气气氛下，在1 7 0 0 c m - 1 _ 1 8 0 0 c m 4 附近有新峰生 成，表明芳香分在这一条件下发生了氧化。 1 一4n j，一一一一 1，。 j 。 l r ，t ，r 二一 i i m 日t m n 】 f i 9 4 。1 3c a r b o n y lc o n t e n tr a t i oo f a r o m a t i c sp r o c e s s e di nd i f f e r e n ta t m o s p h e r e ( c u r v ea ) i n0 5a t m o s p h e r e ，( c u r v eb ) i na i ra t m o s p h e r e ，( c u r v ec ) i nn 2 a t m o s p h e r e f i g 4 - 1 3 是芳香分在不同气氛下的热氧化变化曲线。1 7 3 1 c m 。1 为c = o 吸收 振动峰，为扣除量对峰强的影响，以o m i n 时2 9 2 4 c m 。峰强为参比，随时间变化 的羰基强度与初始时刻2 9 2 4 c m l 峰强比值进行热氧老化性能对比。在氮气氛围 下，这一位置并不随温度升高而出现吸收峰但在氧气和空气氛围下，随着时 。口g-li2 列l l 大学硕士学位论文 间的增加，这一位置的峰强逐渐增大到最终接近一平台。从f i g 4 1 3 中还可以 看出，在氧气氛围下饱和分羰基含量的增加速度明显高于空气中的增加速度。 f i g 4 1 4 是芳香分在不同氛围下升温前后的红外谱图。可以看到，在氮气氛 围下，升温后无明显新的特征峰生成。而在氧气氛围下，出现了许多新的特征 峰。1 8 4 5c m l 和1 7 7 4 c m - 1 是酸酐的两个特征吸收峰；1 7 3 1 c m 叫是酯类的羰基 振动吸收峰；1 2 3 6 c m 、1 1 1 8 c m “是芳香族醚的振动吸收峰和酯类的不对称吸 收特征峰 6 7 , 6 8 l 。由图可知氧的存在是促进芳香分老化的主要因素。 f i g4 - 1 4 f t i rc u r v e s o f a r o m a t i c sa tr o o m t e m p e r a t u r e p r o c e s s e d i nd i f f e r e n ta t m o s p h e r e ( c a r v ea ) i no z a t m o s p h e r e ( c u r v eb ) i na i ra t m o s p h e r e ， ( c u r v ec ) i nn 2a t m o s p h e r e ，( c u r v ed ) b e f o r ep r o c e s s 4 4 。3 胶质热氧化性能分析 猫 “ “i 蔷 w m h “m1 f i g - 4 - 1 5f t i r c u r v e so f r e s i n sa tr o o m t e m p e r a t u r ep r o c e s s e d i nd i f f e r e n t a t m o s p h e r e ( c u r v ea ) i n0 2a t m o s p h e r e ，( c u r v eb 1i na i ra t m o s p h e r e 3 7 s b s 改性沥青的研究 ( c u r v ec ) i nn 2a t m o s p h e r e ，( c u r v ed ) b e f o r ep r o c e s s f i g 4 1 5 是胶质在不同气氛下升温前后的红外谱图。通常利用红外吸收光谱 在1 7 0 0 c m 一1 吸收的变化研究沥青的老化，所以考察2 0 0 0 c m 叫到1 6 0 0 c m - 12 i t 的红外光谱，可以看到与饱和分和芳香分的峰形变化相比，胶质在升温后峰形 无明显变化，说明胶质在这一温度条件下无明显热氧化发生。 4 4 4 沥青质热氧化性能分析 赫，幽 w m h m t f i g 4 - 6 f t i r c u r v e s o f a s p h a l t e n e s a tr o o m t e m p e r a t u r e p r o c e s s e d i nd i f f e r e n ta t m o s p h c r e ( c u r v ea ) i n0 2a t m o s p h e r e ，( c u r v eb ) i na i ra t m o s p h e r e ， ( c u r v ec ) i nn 2a t m o s p h e r e ( c u r v ed ) b e f o r ep r o c e s s f i g 4 1 6 是沥青质在不同气氛下升温前后的红外谱图。同样地，考察 2 0 0 0 c m 4 到1 6 0 0 c m “之间的红外光谱，可以看到，与饱和分和芳香分的峰形变 化相比，沥青质在升温前后峰形无明显变化，说明沥青质在这一温度条件下无明 显热氧化发生。 对于沥青各组分的老化问题，文献中多有报道，但并无一致的观点。有人 将沥青膜状物在1 5 0 c 1 8 0 加热并测定加热前后各组分的红外光谱，发现饱 和分在加热前后没有变化；芳香分、胶质及沥青质在1 7 0 0 c m 。附近有变化6 9 1 。 这一观点与本文结论产生差异的原因在于四组分分离法是通过选择不同极性的 溶剂将沥青按极性进行分离，因此氧化后用四组分法分离得到的饱和分实质是 3 8 四川大学顿士学位论文 本体内未发生氧化的饱和分，因此氧化前后饱和分并无太大变化；而沥青表面 的饱和分、芳香分由于被氧化极性提高，这部分分离后被归于极性较高的芳香 分、胶质及沥青质中，致使这三组分的红外光谱发生变化。本文是将沥青按极 性的不同进行四组分分离，然后通过原位红外原位跟踪各组分的热氧老化过程， 因而能真实地反映沥青各组分的热氧老化。研究表明沥青的热氧老化主要是沥 青中饱和分和芳香分的热氧老化导致的，而胶质和沥青质则很少发生氧化。从 前面四组分含量和a t r 的分析可知，沥青中饱和分和芳香分的含量较大且有较 多的饱和分存在于沥青的表面，这也进一步说明要提高沥青的抗热氧老化性能 关键是从提高饱和分和芳香分的抗热氧老化性能入手。 4 , 4 5 不同添加剂对环烷油热氧老化性能的影响 在沥青中使用添加剂以提高其抗老化性能的研究还很不成熟，杰纳茨克曾 用2 4 种添加剂对科威特沥青的抗老化效果进行了考察。1 7 t 前用何种添加剂适合 不同来源的沥青尚不