高溫車(chē)轍和低溫開(kāi)裂是瀝青路面的主要破壞形 式。對(duì)于道路瀝青高低溫性能的評(píng)價(jià)，目前主要有 針入度( 延度) 與 PG( 性能分級(jí)) 的彎曲梁流度試驗(yàn) ( BBＲ) 、直接拉伸試驗(yàn)( DDT) 等。然而針入度( 延 度) 等指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)驗(yàn)性的，存在較大誤差，并不 能科學(xué)準(zhǔn)確地反映道路瀝青在對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間的感溫 性能。隨著原子力顯微鏡( AFM) 等先進(jìn)技術(shù)的發(fā) 展，對(duì)道路瀝青微觀的研究也逐漸深入，能更好地評(píng) 價(jià)瀝青的力學(xué)性能。

Loeber 最早利用 AFM 觀測(cè)到瀝青表 面 特 有 的“蜂狀結(jié)構(gòu) ”; 并認(rèn)為“蜂狀結(jié)構(gòu)”的出現(xiàn)與瀝青 質(zhì)的存在有關(guān)。Carbognani 等把“蜂狀結(jié)構(gòu)”的 出現(xiàn)歸于瀝青中蠟組分冷結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)的高度不 溶有機(jī)分。楊軍等利用 AFM 觀測(cè)瀝青的“蜂狀 結(jié)構(gòu)”提出結(jié)合圖像處理技術(shù)，利用分形維數(shù)對(duì)瀝 青微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，得到了隨瀝青老化程度 的增加與“蜂狀結(jié)構(gòu)”變化的關(guān)系。關(guān)泊等利用 AFM 淺談了新舊瀝青的融合機(jī)理及力學(xué)性質(zhì)，研究 了瀝青微觀形態(tài)學(xué)參數(shù)與其力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。還有 國(guó)內(nèi)外的很多專(zhuān)家對(duì)瀝青進(jìn)行原子力顯微鏡的測(cè) 試，探索“蜂狀結(jié)構(gòu)”的成因，并定量表征瀝青“蜂狀 結(jié)構(gòu)”的數(shù)量，體積、平均面積、最大面積等。 然而還沒(méi)有學(xué)者利用微觀手段針對(duì)瀝青的高、低溫 性能進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的微觀研究。

現(xiàn)結(jié)合幾種常用的道路瀝青，采用 AFM 下的不 同瀝青的微觀特點(diǎn)和指標(biāo)，與針入度系列指標(biāo)進(jìn)行 對(duì)比分析，結(jié)合上海昌吉針入度測(cè)試綜合評(píng)價(jià)其高溫性能，結(jié) 合延度綜合評(píng)價(jià)其低溫性能。研究結(jié)果可以為從瀝 青微觀結(jié)構(gòu)來(lái)探索宏觀高低溫性能提供一定的理論 依據(jù)。

1 材料設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

1. 1 試驗(yàn)用材料與試樣設(shè)計(jì)
試驗(yàn)用瀝青為 90#瀝青與 70#瀝青，對(duì)兩種瀝青 加入 4% SBS 改性劑，用攪拌機(jī)和高速剪切儀制備 SBS 改性瀝青。利用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱( ＲTFOT) ，將以 上 4 種原樣瀝青分別在 163 ℃ 條件下老化 5 h。

1. 2 試樣制備
將基質(zhì)瀝青放入 135 ℃、改性瀝青放入 150 ℃ 烘箱中加熱至熔融狀態(tài)，并攪拌瀝青呈均勻狀態(tài)，分 別取8 種少量瀝青滴在60 mm × 20 mm × 1 mm 載玻 片中央，使瀝青成為直徑 1 cm 左右的圓膜并進(jìn)行標(biāo)記。

1. 3 試驗(yàn)方法
采用布魯克公司 Dimension Icon 型原子力顯微 鏡對(duì)瀝青試樣進(jìn)行觀測(cè)，采用輕敲模式。探針彈性 常數(shù) 40 u /m，掃描速率 0. 5 Hz，掃描面積 40 m × 40 m，分辨率 512 × 512。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1 試驗(yàn)結(jié)果
2. 1. 1 針入度試驗(yàn)結(jié)果 瀝青針入度儀試驗(yàn)。從可 知，與基質(zhì)瀝青相比，改性瀝青與老化瀝青的針入度 均減少，表明其高溫性能增加。
2. 1. 2 原子力顯微鏡試驗(yàn)結(jié)果 AFM 通過(guò)檢測(cè)試樣表面和一個(gè)微型力敏感元 件之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)表 面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對(duì)微弱力極端敏感的微懸臂一 端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生變形或運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時(shí)，利用傳感器檢測(cè)這 些變化，就可獲得作用力分布信息，從而獲取樣品 表面 形 貌 結(jié) 構(gòu) 信 息。利 用 自 帶 軟 件 Nanoscope Analysis 1. 9 對(duì) AFM 掃描的高度形貌圖進(jìn)行自動(dòng) 拉平( flatten) 處理，使圖像處于理想水平。

2. 2 試驗(yàn)結(jié)果分析
1) 90#SBS 改性瀝青與基質(zhì)瀝青相比，“蜂狀 結(jié)構(gòu)”數(shù)量增加。國(guó)內(nèi)外的大部分研究表明，瀝青” 蜂狀結(jié)構(gòu)“的存在主要與瀝青質(zhì)有關(guān)。本文試驗(yàn)研 究認(rèn)為，加入改性劑后，瀝青變黏稠，瀝青中大分子 量組分增加( 以瀝青質(zhì)組分為代表) ，導(dǎo)致瀝青凸出 的針狀結(jié)構(gòu)增多，同時(shí)凹陷的針狀也增多，即所形成 的“蜂狀結(jié)構(gòu)”增多。由于改性瀝青表面出現(xiàn)的密 密麻麻的凸出與凹陷的針狀結(jié)構(gòu)比基質(zhì)瀝青多，針 狀結(jié)構(gòu)的高度均比較一致，高度均方差小，因而軟件 計(jì)算出的平均粗糙度小。
( 2) 70#SBS 改性瀝青與基質(zhì)瀝青相比，“蜂狀 結(jié)構(gòu)”數(shù)量增加，而軟件計(jì)算出的表面平均粗糙度 變大，與 90#瀝青的粗糙度結(jié)論相反。研究認(rèn)為，70 #基質(zhì)瀝青本身比 90#基質(zhì)瀝青黏稠，含有的大分子 量較多，瀝青較硬，不容易被改性。在相同條件下加 入 SBS 改性后，70#瀝青大分子量的增加率小于 90# 瀝青，即 70#瀝青表面凸出與凹陷部分增加的比例 小于 90#瀝青，針狀結(jié)構(gòu)的高度不一致，高度均方差 較大，因而軟件計(jì)算出的平均粗糙度大。
( 3) 無(wú)論 70#瀝青還是 90#瀝青，老化 5 h 后與 原樣瀝青相比，“蜂狀結(jié)構(gòu)”數(shù)量增加，表面平均粗 糙度減小。研究認(rèn)為，瀝青是一種高分子熔融液，芳 香分和飽和分作為溶劑，瀝青質(zhì)作為溶質(zhì)，通過(guò)膠質(zhì) 膠結(jié)在一起。在 163 ℃條件下老化 5 h 的瀝青熔融液，一方面，溶劑揮發(fā)，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)所占比重增大， 因而凸出與凹陷的針狀結(jié)構(gòu)增多，即“蜂狀結(jié)構(gòu)”增 多; 另一方面，原樣瀝青老化后，瀝青的小分子量向 大分子量轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致大分子量異常增多，凸出與凹陷 的針狀結(jié)構(gòu)也異常增多，高度均比較一致，高度均方 差小，因而軟件計(jì)算出的老化瀝青的平均粗糙度小 于原樣瀝青。
( 4) 瀝青的 4 組分均是由碳?xì)浠衔锛捌浞墙?屬衍生物混合而成的，廣義上來(lái)講，瀝青的 4 組分屬 于同一種物質(zhì)。在 AFM 掃描下，小分子量的芳香分 和飽和分呈現(xiàn)出相對(duì)水平的狀態(tài)，要將瀝青的形貌 圖放大很多倍才能看到很小的凸出與凹陷，即使瀝 青經(jīng)改性和老化后，小分子量的芳香分和飽和分的 凸出與凹陷的程度也不能變得很大。而較硬的大分 子量瀝青質(zhì)呈現(xiàn)出大程度凸出的針狀結(jié)構(gòu)，較軟的 大分子量膠質(zhì)呈現(xiàn)出大程度凹陷的針狀結(jié)構(gòu)，形成 “蜂狀結(jié)構(gòu)”。

3 結(jié)論

(1) SBS 改性瀝青與基質(zhì)瀝青相比，瀝青變黏 稠，瀝青中大分子量增多，因此針入度減小; 凸出與 凹陷部分針狀結(jié)構(gòu)增多，即“蜂狀結(jié)構(gòu)”數(shù)量增多， 軟件計(jì)算出的高度均方差減小，因此粗糙度減小，瀝 青的高溫性能變好。
( 2) 瀝青在老化過(guò)程中，低分子量的芳香分、飽 和分部分揮發(fā)，部分向大分子量組分轉(zhuǎn)化，瀝青質(zhì)和 膠質(zhì)所占比重增大，瀝青變硬，因此針入度減小; 凸 出與凹陷部分針狀結(jié)構(gòu)增多，即“蜂狀結(jié)構(gòu)”數(shù)量增 多，軟件計(jì)算出的高度均方差減小，因此粗糙度減 小，瀝青的高溫性能變好。
( 3) 在改性和老化過(guò)程中，瀝青四組分由低分 子量向大分子量轉(zhuǎn)換，大分子量越多，“蜂狀結(jié)構(gòu)” 中凸出與凹陷的針狀結(jié)構(gòu)越多，而芳香分和飽和分 這種小分子量，即使老化和改性，凸出與凹陷的程度 也不能變得很大，因此一直呈現(xiàn)出相對(duì)水平的狀態(tài)。 因此，“蜂狀結(jié)構(gòu)”凸出部分代表大分子量瀝青質(zhì)， 凹陷部分代表大分子量膠質(zhì)，相對(duì)水平部分代表低 分子量的芳香分和飽和分。“蜂狀結(jié)構(gòu)”可以體現(xiàn)瀝 青四組分以及四組分組成的膠體結(jié)構(gòu)，具體分析以 及瀝青力學(xué)行為后續(xù)將做進(jìn)一步分析。