受阻胺類抗老化劑對(duì)瀝青混凝土路面性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

陳 雨

(黃岡師范學(xué)院， 湖北 黃岡 438000)

受阻胺類抗老化劑對(duì)瀝青混凝土路面性能影響的實(shí)驗(yàn)研究

陳 雨

(黃岡師范學(xué)院， 湖北 黃岡 438000)

將不同含量受阻胺類抗老化劑GW — 944添加到瀝青中，研究了GW — 944對(duì)瀝青混凝土路面性能影響。結(jié)果表明，隨GW — 944含量的增加，老化后瀝青相位角出現(xiàn)整體下降趨勢(shì)；老化前瀝青相位角則先減小后增大；老化前瀝青車轍因子的增加幅度是先增大后減??；GW — 944含量為0.6%時(shí)，對(duì)老化前后的復(fù)合剪切模量影響最大；老化前后瀝青抗疲勞性能在一定程度上得到降低。隨溫度的增加，老化前瀝青相位角先增加后減小；老化后瀝青相位角在含量為0.6%時(shí)，相位角最大；在瀝青含量為0.6%時(shí)，老化前后的瀝青抗車轍因子最大；老化前原樣瀝青提高疲勞性能的作用逐漸減??；老化后瀝青對(duì)疲勞性能的影響逐漸加大?？估匣瘎〨W — 944添加量對(duì)老化前的原樣瀝青低溫性能影響較小，GW — 944對(duì)老化后10 ℃下的的瀝青延度改善明顯，隨著GW — 944添加量，延度變化幅度先增大后減小，在0.6%時(shí)最大，延度提高了36.7%。

混凝土路面； 瀝青； 受阻胺類； 抗老化劑

1 概述

近年來，我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展加速，同時(shí)道路建設(shè)存在的問題也日益引起關(guān)注[1-3]。由于瀝青路面長(zhǎng)年自然環(huán)境下裸露，尤其在北方，易發(fā)生溫度疲勞和低溫收縮等老化作用，導(dǎo)致瀝青路面的進(jìn)一步老化，導(dǎo)致瀝青路面性能變差，瀝青路面的壽命影響嚴(yán)重[4]。在影響的主要自然因素中，紫外光作用是引起瀝青路面損壞的常見因素[5-7]。瀝青路面使用壽命與其抗老化性能有密切聯(lián)系，隨著高分子化學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，不同用途、不同材料的抗老化劑相繼出現(xiàn)，添加抗紫外光老化劑在道路瀝青中，是目前提高道路抗老化能力的采用的主要手段[8]。瀝青以其優(yōu)良的路用性能在道路建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[9]。采用合適抗老化劑改善瀝青耐老化性能，延長(zhǎng)瀝青混凝土路面使用壽命意義重大[9,10]。

受阻胺抗老化劑屬于一種多功能性光穩(wěn)定劑，具有捕獲自由基、分解氫過氧化物、捕獲單線態(tài)氧的作用，能將高分子材料耐老化性能有效提高。將受阻胺抗老化劑加入瀝青中，通過捕獲光、熱引發(fā)的自由基，阻止瀝青進(jìn)一步老化[11]。本文將受阻胺類抗老化劑GW — 944添加到瀝青中，研究了其對(duì)瀝青混凝土路面性能影響。

2 原材料及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料

本文按照J(rèn)TGF40 — 2004(公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)基質(zhì)瀝青要求事物性能指標(biāo)，試驗(yàn)選用遼陽(yáng)基質(zhì)瀝青，在RTFOT旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱中，提前進(jìn)行紫外老化試驗(yàn)樣品的短期老化，受阻胺類抗氧劑采用北京加成助劑研究所生產(chǎn)的GW — 944，表1為瀝青性能檢測(cè)結(jié)果，表2為GW — 944質(zhì)量指標(biāo)。

表1 瀝青性能檢測(cè)結(jié)果Table1 Thetestresultsofasphaltperformance檢測(cè)項(xiàng)結(jié)果規(guī)范規(guī)定延度(15℃)/cm>210≥150軟化點(diǎn)/℃47845～54閃點(diǎn)/℃281≥230含蠟量/%17 ≤2密度(15℃)/(g·cm-3)103實(shí)測(cè)溶解度/%999 ≥99

表2 GW—944相關(guān)指標(biāo)Table2 TheGW—944correlationindex檢測(cè)項(xiàng)結(jié)果外觀白色粉末揮發(fā)份(105℃，2h)/%≤10灰分/%≤05熔融溫度/℃>100透光率(500nm)/%≥95密度/(g·cm-3)101氮含量/%46熱失重(300℃)/%10

2.2 試樣制備

稱取一定量瀝青，加熱熔融后，恒溫下使用剪切機(jī)進(jìn)行高速攪拌，分別將含量為瀝青的0、0.4 %、0.6% 、0.8%的GW — 944加入到基質(zhì)瀝青中，攪拌時(shí)間為30 min。在直徑120 mm 培養(yǎng)皿中，倒入一定量瀝青，放置于70 ℃ 恒溫干燥箱中，自流平形成1 mm 瀝青薄膜試樣，將瀝青試樣放置于南京環(huán)科試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的紫外光老化箱內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)紫外光輻射，其中強(qiáng)紫外光輻射的條件為： 1160 W/m的光照強(qiáng)度、溫度60 ℃、光照時(shí)間24 h、紫外光燈波長(zhǎng)滿足UVB為280～330 nm、UVA為330～410 nm。

2.3 性能測(cè)試

瀝青高溫性能事物評(píng)價(jià)采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR進(jìn)行，對(duì)不同測(cè)試頻率、溫度等條件下的瀝青試樣進(jìn)行流變性能分析。在進(jìn)行DSR試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)變控制模式條件為模板25 mm、角速度10 rad·s-1、間距1 mm、應(yīng)變10%，測(cè)試?yán)匣昂蟮幕|(zhì)瀝青試樣性能指標(biāo)，采用5～85 ℃的掃描溫度分析相位角δ和抗車轍因子G*/sinδ。

3 結(jié)果與討論

3.1 GW — 944對(duì)相位角的影響

相位角δ是評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料彈塑性程度的重要指標(biāo)， 值越小反應(yīng)瀝青的彈性大、塑形越小，在外力作用下產(chǎn)生的永久變形越少，一定程度上可以反應(yīng)瀝青高溫性能，表3分別為不同受阻胺類GW — 944相位角δ隨溫度和含量的變化值。

表3 不同含量GW—944和溫度對(duì)相位角的影響Table3 TheeffectsofdifferentconcentrationsofGW—944andtem?peratureonthephaseangle瀝青抗老化劑含量/%相位角δ/(°)60℃65℃70℃75℃80℃086．4387．3287．8787．6586．540．486．1087．2187．3287．1086．65老化前的原樣瀝青0．686．2187．0087．6587．5486．760．886．2187．1087．7687．6586．87072．4362．1049．6538．2132．320．475．8770．6555．3248．7635．21老化后的瀝青0．674．3273．5462．4352．4338．650．873．1066．2151．1042．3231．10

從表3可以看出: 隨著抗老化劑GW — 944含量的變化，老化前后的瀝青相位角的影響差別較大。隨GW — 944含量的增加，老化后的瀝青相位角出現(xiàn)整體下降趨勢(shì)；老化前的原樣瀝青相位角則先減小后增大，GW — 944含量為0.4%時(shí)，相位角最小，GW — 944含量為0時(shí)，相位角最小最大。隨溫度的增加，不同GW — 944含量下，老化前的瀝青相位角先增加后減小，70 ℃時(shí)，相位角較大；老化后的瀝青相位角在含量為0.6%時(shí)，相位角最大，含量為0時(shí)，相位角最??；隨溫度增加，老化后的瀝青相位角基本呈線性減小趨勢(shì)。

3.2 GW — 944對(duì)抗車轍因子的影響(見表4)

表4為不同含量GW — 944和溫度對(duì)抗車轍因子G*/sinδ的影響，瀝青高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為G*/sinδ，G*/sinδ越大表明瀝青流動(dòng)變形越小，則瀝青的抗車轍能力就越強(qiáng)。從表4可以看出:添加GW — 944抗光老劑，瀝青高溫性能得到一定提高。GW — 944主要在瀝青光老化后階段起較大作用，光老化前影響則較小，隨著溫度的升高，GW — 944影響效果逐漸降低；隨GW — 944含量的增加，光老化后瀝青的G*/sinδ呈先減小再增加最后再減小的趨勢(shì)，在瀝青含量為0.6%時(shí)，老化前后的瀝青抗車轍因子最大，顯改善了瀝青的高溫性能明，說明GW — 944提升瀝青的高溫抗車轍性穩(wěn)定有效。

表4 不同含量GW—944和溫度對(duì)抗車轍因子的影響Table4 TheeffectsofdifferentconcentrationsofGW—944andtem?peratureontheruttingfactor瀝青抗老化劑含量/%抗車轍因子60℃65℃70℃75℃80℃0．4-2．05-4．59-6．65-3．94-2．86老化前的原樣瀝青0．613．0610．258．324．133．320．89．517．652．869．443．920．40．00-0．47-20．32-30．42-10．11老化后的瀝青0．612．0716．43-3．37-29．38-14．700．8-22．22-29．39-29．24-32．12-6．37

圖1為GW — 944含量下瀝青抗車轍因子增加幅度，從圖1可以看出: 隨著GW — 944添加含量的增加，老化前的原樣瀝青車轍因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后減小，GW — 944添加量0.6%時(shí)，改善高溫性能作用最佳，整體增加約7.5%，GW — 944添加量0.8%時(shí)次之，添加量0.4%時(shí)，高溫性能改善幅度最小。隨著溫度的升高，GW — 944添加量變化，對(duì)改善高溫性能的作用逐漸降低，在溫度為80℃時(shí)，添加0.6%和0.8%的GW — 944改善幅度幾乎一樣。隨著GW — 944添加量的增加，老化后的瀝青車轍因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后減小，GW — 944添加量為0.6%時(shí)，改善高溫性能作用最佳；隨著溫度的升高，GW — 944添加量變化，對(duì)改善高溫性能的作用逐漸降低，在GW — 944添加量為0.4%、溫度60 ℃時(shí)，對(duì)其改善幅度已經(jīng)不存在；摻量0.6%時(shí)，對(duì)其改善幅度幾乎不存在，添加量為0.8%時(shí)，整體改善幅度為-28%。

3.3 GW — 944對(duì)瀝青復(fù)合剪切模量的影響

表5為不同GW — 944含量下瀝青復(fù)合剪切模量，由表5可知:抗老化劑GW — 944含量變化對(duì)復(fù)合剪切模量G*的影響程度有一定的差別。對(duì)于老化前的原樣瀝青來說，GW — 944含量為0.6%時(shí)，對(duì)G*影響最大，GW — 944含量為0時(shí)，對(duì)G*影響最小。對(duì)于老化后的瀝青來說，GW — 944含量為0.6%時(shí)，對(duì)G*影響最大，GW — 944含量為0.8%時(shí)，對(duì)G*影響最小。對(duì)G*的影響隨著溫度的升高，老化前后瀝青復(fù)合剪切模量G*呈減小趨勢(shì)，這說明溫度對(duì)老化前后瀝青的G*敏感性不同。

圖1 GW — 944含量下瀝青抗車轍因子增加幅度Figure 1 The GW — 944 content of asphalt anti rutting factor increase range

表5 不同GW—944含量下瀝青復(fù)合剪切模量Table5 TheshearmodulusofasphaltwithdifferentGW—944content瀝青抗老化劑含量/%復(fù)合剪切模量G?/MPa60℃65℃70℃75℃80℃01．600．980．580．420．250．42．011．300．750．470．28老化前的原樣瀝青0．62．231．380．80．520．330．82．151．370．790．500．3204．412．801．871．020．810．45．113．402．121．251．02老化后的瀝青0．65．603．612．251．200．950．84．822．952．021．110．87

3.4 GW — 944對(duì)瀝青疲勞因子的影響

圖2為GW — 944不同摻量下瀝青疲勞因子變化幅度，由圖2可以看出: 添加抗老化劑GW — 944，老化前后瀝青抗疲勞性能在一定程度上得到降低。對(duì)于老化前的原樣瀝青來說，隨著GW — 944添加量的增加，瀝青疲勞因子G*/sinδ的變化幅度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，GW — 944添加量為0.6%、0.8%時(shí)，疲勞性能所受影響最大。對(duì)于老化后的瀝青來說，GW — 944添加量為0.4%時(shí)，疲勞性能所受影響最大。溫度變化對(duì)老化前后瀝青的疲勞性能影響是不同的，隨著GW — 944含量的變化，疲勞性能差別較大。老化前的原樣瀝青隨著溫度的升高，GW — 944添加量提高疲勞性能的作用逐漸減小，不同添加量在溫度為32 ℃時(shí)，變化幅度的差別較大；老化后的瀝青隨著溫度的升高，GW — 944添加量對(duì)疲勞性能的影響逐漸加大，不同添加量在溫度為26 ℃時(shí)，變化幅度差別較大。

圖2 GW — 944不同摻量下瀝青疲勞因子變化幅度Figure 2 The variation range of fatigue factor of asphalt under different dosage of GW — 944

4 GW-944對(duì)瀝青延度的能影響

評(píng)價(jià)瀝青老化效果、老化程度的依據(jù)是老化前后瀝青指標(biāo)的變化，表征流變性能的重要指標(biāo)是延度，路面低溫開裂性能和低溫延度有一定的關(guān)聯(lián)。圖3為GW — 944不同添加量下瀝青10 ℃時(shí)的延度，圖4為GW — 944不同添加量下下瀝青10 ℃延度增加幅度。

圖3 GW — 944不同添加量下瀝青的延度Figure 3 The ductility of asphalt under different adding amount of GW — 944

圖4 GW — 944不同添加量下瀝青延度增加幅度Figure 4 The increase of asphalt ductility under different adding amount of GW — 944

從圖3和圖4可以看出: 抗老化劑GW — 944添加量對(duì)老化前的原樣瀝青低溫性能影響較小，隨著GW — 944添加量的增加，10 ℃下的延度變化不大，GW — 944添加量為0.4%和0.8%時(shí)變化幅度分別為-0.89%、-0.32%。對(duì)于老化后的瀝青來說，GW — 944對(duì)其10 ℃下的延度改善明顯，隨著GW — 944添加量，延度變化幅度先增大后減小，在0.6%時(shí)最大，延度提高了36.7%。GW — 944對(duì)老化瀝青低溫性能改善顯著，這是由于在有氧狀態(tài)下，受阻胺對(duì)光的吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榈踝杂苫?，在紫外光老化過程中，氮氧自由基具有再生功能、穩(wěn)定功能，抑制了連鎖反應(yīng)。

5 結(jié)論

① 隨GW — 944含量的增加，老化后瀝青相位角出現(xiàn)整體下降趨勢(shì)；老化前瀝青相位角則先減小后增大；老化前瀝青車轍因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后減小；GW — 944含量為0.6%時(shí)，對(duì)老化前后的復(fù)合剪切模量G*影響最大；老化前后瀝青抗疲勞性能在一定程度上得到降低。

② 隨溫度的增加，老化前瀝青相位角先增加后減??；老化后瀝青相位角在含量為0.6%時(shí)，相位角最大；在瀝青含量為0.6%時(shí)，老化前后的瀝青抗車轍因子最大；老化前原樣瀝青提高疲勞性能的作用逐漸減?。焕匣鬄r青對(duì)疲勞性能的影響逐漸加大。

③ 抗老化劑GW — 944添加量對(duì)老化前的原樣瀝青低溫性能影響較小，GW — 944對(duì)老化后10 ℃下的的瀝青延度改善明顯，隨著GW — 944添加量，延度變化幅度先增大后減小，在0.6%時(shí)最大，延度提高了36.7%。

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Experimental Study on Effect of Blocked Agent on Pavement Performance of Asphalt Concrete Anti Aging Amine

CHEN Yu

(Huang Gang Normal University, Huanggang, Hubei 438000, China)

The different content of hindered amine anti-aging agent GW — 944 is added to the asphalt, the effects of GW — 944 on the performance of asphalt concrete pavement. The results show that with the increase of GW — 944 content, asphalt after aging phase angle of an overall trend of decline; aging asphalt before the phase angle is decreased first and then increased; aging before the rut factor increased first increases and then decreases; when the content of GW — 944 is 0.6%, the composite shear modulus maximum effect before and after aging; aging asphalt the anti fatigue performance is decreased to some extent. With the increase of temperature before aging asphalt phase angle increased first and then decreased; asphalt after aging phase angle when the content is 0.6%, the maximum phase angle; the asphalt content is 0.6%, before and after aging of asphalt anti rutting factor; aging before the original asphalt improved fatigue performance effect was gradually decreased; influence on fatigue performance of asphalt the gradually increase after aging. Anti aging agent GW — 944 content has little effect on the low temperature performance of original asphalt aging before and after aging at 10 GW — 944 on the asphalt ductility improved significantly, with the addition of GW — 944, the ductility amplitude increases first and then decreases, the maximum in the 0.6%, the ductility increased by 36.7%.

concrete pavement; asphalt; hindered amine; anti aging agent

2016 — 10 — 18

陳 雨，1987-)，湖北黃岡人，在讀碩士，助教，研究方向：工程管理及造價(jià)、建筑與土木工程。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0245 — 05