徐 鹏，陈华鑫，牛冬瑜，郭彦强，樊 涛

1)长安大学材料科学与工程学院，长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室，陕西西安 710061；2)西安公路研究院，陕西西安 710065

热熔型彩色沥青越来越多地用于公交车道及城市景观道路，并逐渐用于等级公路．常见热熔型彩色沥青主要由石油树脂、轻质油分及改性剂等共混制备而成，与传统道路石油沥青的生产工艺完全不同．因此，彩色沥青的微观结构组成及性能是否与传统的道路石油沥青相似，能否满足工程耐久性亟待研究．傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR)是最常用的沥青分析方法之一，能表征沥青的官能团及其变化．官能团是决定有机化合物的化学性质的原子或原子团[1]．近年来FT-IR方法用于沥青研究的相关成果主要集中在道路石油沥青及SBS改性沥青老化前后官能团的变化及改性剂含量的定量分析，对沥青的微观结构组成分析及性能评价起到了重要作用，但几乎未见彩色沥青的相关研究成果[2-3]．为正确认识彩色沥青与传统沥青材料的结构组成及性能差异，指导彩色沥青的生产及应用，彩色沥青的主要官能团特性以及彩色沥青老化前后官能团的衰变规律亟待研究．本研究基于FT-IR试验，对比彩色沥青与道路石油沥青的主要官能团及老化前后官能团的变化，分析沥青4组分及常规性能，探索彩色沥青的微观组成及宏观性能．

1 原材料

试验选用工程中常见的彩色沥青CA70、CA90和道路石油沥青A70、A90. 彩色沥青为自行制备产品，道路石油沥青为沥青库取样，均在实际工程中使用，具有代表性. 其主要技术指标如表1．

表1 沥青主要技术指标

2 试验方法及评价指标

采用Avatar360E.S.P.型傅立叶变换红外光谱仪，通过液膜法制样，在400～4 000 cm-1的范围内采用衰减全反射红外对试样进行测试，并采用基线法计算峰的面积．

沥青常规指标试验包括沥青的针入度、软化点及延度3大指标试验；短期老化试验采用沥青薄膜加热试验[4-5]．采用溶剂沉淀及色谱柱法进行沥青的4组分分析[5]．

3 结果与讨论

3.1 彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR图谱

3.1.1 彩色沥青与道路石油沥青FT-IR结果

图1 彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR谱图Fig.1 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt

沥青类型指纹区相对面积650～920920～1160特征区相对面积1160～17001700～3100A90129113220894937A70121411721804681CA9064417915984180CA7055019219344273

结合表2峰值面积计算结果可知，彩色沥青和道路石油沥青相比，两个特征区主要峰形表现一致，无明显差异，而指纹区区别较大．650～920 cm-1范围道路石油沥青面积约为彩色沥青的2倍，而920～1 160 cm-1范围彩色沥青面积约为道路石油沥青的2倍．

3.1.2 短期老化后彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR结果

图2 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的FT-IR图Fig.2 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt after short-term aging

沥青类型指纹区相对面积650～920920～1160特征区相对面积1160～17001700～3100A90177614328536588A70160918218775328CA9064624216314122CA7093429018805310

3.2 老化后彩色沥青和道路石油沥青衰变

彩色沥青和道路石油沥青短期老化后FT-IR分区相对面积衰变率见表4，组分的变化率见表5，常规性能指标的变化率见表6．

由表4至表6可知，短期老化后，彩色沥青和道路石油沥青的老化呈现出基本相似的变化规律．沥青红外光透射率有一定程度提高，组分比例发生变化，芳香分含量明显减少，树脂含量增加，沥青变硬，针入度降低到老化前的60%～75%，基质沥青延度值下降至老化前的30%左右，彩色沥青延度下降到老化前的70%左右[12-14]．

表4 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的FT-IR分区面积衰变率Table 4 FT-IR partition contrast for road petroleum asphalt and colored asphalt before & after short-term aging %

表5 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的组分变化率Table 5 Changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt components before & after short-term aging %

表6 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的性能变化率Table 6 Performance changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt before & after short-term aging %

沥青的老化是沥青分子中活性基团裂解产生的自由基与氧反应的自氧化过程．沥青的双键在氢过氧化物的作用下与硫醇官能团反应生成硫醚官能团，沥青中的硫醚、硫醇官能团被氧化成亚砜官能团[15-16]．沥青在短期老化前便在1 030 cm-1处出现了较弱的亚矾官能团，这与沥青本身是一个混合物以及沥青在使用过程中的加热有关，经过老化后其峰更加尖锐．此外沥青中的不稳定成分在老化过程中易发生分解，转化生成含碳基官能团的组分，沥青中的烷烃、烯烃支链以及芳香苯环等指纹区的相关官能团的变化多是此因素造成的[17]．

综上所述，老化后彩色沥青指纹区面积的变化与沥青的组分变化及性能衰变相关，研究彩色沥青指纹区与性能变化规律对进一步研究和评价其性能具有现实意义．

4 结 论

1)彩色沥青与道路石油沥青的主要官能团相同，峰值变化主要集中在两个区域：1 160～3 100 cm-1特征区，主要是环烷烃和烷烃的C—H键伸缩振动及—CH3和—CH2—面内伸缩振动的结果；650～1 160 cm-1指纹区，主要是烷烃、烯烃支链以及苯环外面不同的C—H键弯曲震动的结果．

2)彩色沥青和道路石油沥青的特征区主要峰值老化前后表现一致，无明显规律；指纹区区别较大；650～920 cm-1范围道路石油沥青面积约为彩色沥青的2倍，而920～1 160 cm-1范围彩色沥青面积约为道路石油沥青的2倍．

3)短期老化后，沥青红外光透射率有一定程度增加，组分比例发生变化，针入度降低，延度值下降；彩色沥青指纹区的衰变与沥青的常规性能及组分变化相关；研究彩色沥青指纹区、组成及性能的关系，有助于从微观结构行为上进一步分析其性能衰变行为．

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