[發明專利]基于熱分析-紅外聯用的瀝青各組分短期老化模擬方法

有效

• 申請號: 201710760007.7
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107421844B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 許濤;胡智慧;盛曉慧;王沫
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N25/20;G01N21/3504
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本發明是一種基于熱分析?紅外聯用技術的道路瀝青各組分短期老化模擬方法，屬于道路瀝青路面耐久性技術領域，解決目前把成分復雜瀝青看作均勻單一整體、采用常規宏觀短期老化試驗難以深入到組分層次揭示瀝青短期老化機理的問題。該方法采用溶劑沉淀及色譜柱法依次制備瀝青質、飽和分、芳香分、膠質四個組分；然后，取四組分樣品放入熱分析儀坩堝里，調節熱分析儀器程序，使其恒溫135℃保持四小時，并持續通空氣；再檢測和識別四組分老化過程中的氣態揮發物。該聯用技術不僅可以定量判斷四組分熱分解過程中的質量變化情況和熱效應變化，還能實時跟蹤檢測老化過程中的氣態揮發物成分，更深入研究瀝青各組分的短期老化特性及瀝青短期老化機理。

技術領域

本發明是一種基于熱分析-紅外聯用技術的道路瀝青各組分短期老化模擬方法，屬于瀝青老化技術領域。

背景技術

瀝青路面在通車之前，需要對其混合料進行熱拌、攤鋪等過程，高溫致使瀝青路面中的瀝青結合料發生一定程度的短期老化。瀝青短期老化是由于瀝青在高溫有氧的環境下，發生的輕質組分揮發、氧化、分解、聚合等物理化學作用，導致瀝青內部分子結構和化學組分發生變化，進而促使瀝青物理化學性質劣化的過程。瀝青老化后，勁度增大，粘性減小，從而低溫抗裂性能變差，瀝青路面低溫時容易產生裂縫；隨著老化、雨水、交通荷載反復作用下，路面會產生松散、坑槽等病害，嚴重降低了瀝青路面的耐久性。瀝青路面由于短期老化而產生的耐久性不足一直是道路界關注的問題之一。

為了在短期內能較真實模擬瀝青各組分的老化性能，從而研究瀝青混合料的短期老化過程與機理，目前人們提出了各種模擬老化試驗方法。瀝青模擬老化是在實驗室內模擬加熱和自然環境，對瀝青進行加速老化，以期在較短的時間內獲取瀝青老化試驗結果。而且可以根據研究的需要設計試驗條件，排除非試驗因素的干擾，試驗現象與結果的重現性好。但是，瀝青短期老化和長期老化是兩個不同的過程，引起瀝青老化的因素、程度和條件不同，所以對瀝青老化的評價有短期老化和長期老化兩種試驗方法。短期老化是指瀝青混合料在拌和、攤鋪等施工過程中瀝青的老化；長期老化則是瀝青路面在自然環境因素、交通荷載等作用下的持續老化，即瀝青路面使用過程中的老化。目前對于瀝青短期老化試驗模擬方法，主要采用薄膜烘箱試驗(TFOT)及旋轉式薄膜烘箱試驗(RTFOT)；瀝青長期老化試驗模擬方法，主要采用壓力老化試驗(PAV)。這些試驗模擬方法主要是把瀝青看作一個整體，通過老化前后針入度、延度、軟化點、粘度等宏觀指標來評價瀝青的短期和長期老化性能。

實際上，瀝青是由成分非常復雜的烴類與非烴類化合物組成的混合物，通常將瀝青中若干個化學、物理性質相似，且與其膠體結構性質、路用性能有一定關系的組，這些組就稱為瀝青的組分，包括飽和分、芳香分、膠質和瀝青質四種組分，如圖1。飽和分主要由正構烷烴、異構烷烴和環烷烴組成，其平均相對分子質量在500～800；芳香分主要是一些帶環烷和長鏈烷基的芳烴，平均相對分子質量在1000左右，是組成瀝青膠體溶液的分散介質，起到溶膠和軟化；膠質也稱極性芳烴，是瀝青質在膠體結構中的分散劑，其平均相對分子質量為1350～1800，它的存在可改善瀝青的脆裂性和延度；瀝青質是瀝青膠體體系的核心，平均相對分子質量可達數千至1萬，是高度縮合的芳烴，瀝青質含量高的瀝青，其軟化點高，針入度小，延度低，瀝青脆而硬。

瀝青四個組分在相應溫度區間有著不同的熱解行為和氧化反應，這些不同的反應共同導致瀝青路面路用性能的改變。瀝青組分構成、分子結構組成以及微觀結構的分布情況，都會影響瀝青的宏觀路用性能。隨著化學分析技術的進步，不少學者對瀝青老化的研究逐漸從評價宏觀指標的變化轉向結構、組分構成等微觀層次上的評價，通過分析官能團變化來探究瀝青老化機理。凝膠色譜法、紅外光譜等技術逐漸應用于瀝青老化研究的領域中。雖然國內外針對瀝青的短期老化已做了宏觀和微觀方面的研究工作，但模擬短期老化試驗仍然是常規的室內薄膜老化試驗方法，仍然停留在把瀝青當作一個整體來研究的水平上，沒有深入到組分的層次上進行研究，對影響瀝青老化的因素認識和研究不夠深入，從而無法深刻揭示瀝青老化機理。