1.引言
膠粉對瀝青結(jié)合料性能的改善取決于許多因素，包括拌合技術(shù)（干法或濕法），膠粉顆 粒大小、摻加比例以及與瀝青的混合作用時(shí)間等。A. M. Feroze Rashid 研究了膠粉改性瀝 青微觀力學(xué)特性，研究表明膠粉的加入，明顯改變了基質(zhì)瀝青的變形、粘附力及消散能等 微觀力學(xué)特性，尤其是 DMT 模量明顯增加。Shin-Che Huang 研究了膠粉顆粒對瀝青長期老 化性能的影響，認(rèn)為膠粉顆粒的大小明顯影響長期老化前后瀝青的特性。Zahid Hossain 研究了工業(yè)農(nóng)業(yè)廢料改性瀝青的微觀特性，其中就包含廢膠粉瀝青，四種外加劑的加入， 不同程度的改變了瀝青的形貌、DMT 模量、變形及粘附力等特性。
溫拌瀝青（WMA）由于降低了拌合和壓實(shí)溫度以及良好的服務(wù)質(zhì)量和耐久性等特點(diǎn)被廣 泛應(yīng)用。由于瀝青的結(jié)構(gòu)及其性狀，一般應(yīng)用于純物質(zhì)的測試方法表征瀝青及其困難，紅 外光譜作為一種廣泛使用的測試手法也引起大量學(xué)者的關(guān)注和研究。Lily D. Poulikakos[5]利 用 AFM 和紅外光譜研究了長短期老化對再生瀝青特性的影響，研究表明，老化影響了瀝青 的微觀形貌以及不同官能團(tuán)的含量。林璐[6]等選取四種不同基質(zhì)瀝青運(yùn)用紅外光譜、元素分 析等方法對其熱氧老化及化學(xué)組成進(jìn)行研究，通過比較瀝青老化前后紅外光譜圖得出，不同 種類瀝青老化后的變化不同，硫含量較高的瀝青其老化后亞砜基增加明顯，反之其羰基峰增 加明顯。王壽治等[7]研究了基質(zhì)瀝青和 SBS 改性瀝青在短期熱氧和紫外光老化條件下的紅 外光譜，研究了瀝青的老化機(jī)理，對比了不同老化方式老化前后的峰面積，發(fā)現(xiàn)亞砜基峰面 積在短期熱氧老化后增加、紫外光老化后減小，說明瀝青的熱氧老化與光氧老化相似；對于改性瀝青羰基峰和亞砜基峰的變化與基質(zhì)瀝青相似。 目前，基質(zhì)瀝青與普通膠粉改性瀝青（膠粉的目數(shù)與摻量不同）老化性能的研究較多， 溫拌瀝青的老化研究多為添加溫拌劑 Sasobit 等的 SBS 改性瀝青，較少將紅外光譜（FTIR） 與原子力顯微鏡（AFM）相結(jié)合研究熱氧老化前后的溫拌膠粉改性瀝青化學(xué)成分的變化以及 其與納米級力學(xué)特性的聯(lián)系。改性劑膠粉與 SBS 相比，成本更低，經(jīng)濟(jì)性更好。本文旨在從 微觀尺度，利用上海昌吉瀝青測試專用儀器紅外光譜（FTIR）與原子力顯微鏡（AFM）研究熱氧老化對溫拌膠粉改性瀝青微觀性能的影響，研究成果對于溫拌膠粉改性瀝青材料設(shè)計(jì)與耐久性評價(jià)提供一定參考。

2.材料
采用盤錦 90#基質(zhì)瀝青（表 1），60 目（0.25 mm）橡膠粉（表 2），山東交科院自主研 發(fā)的 EW 型降粘劑。溫拌劑 EW 是外觀呈白色的片狀固體，是一種有機(jī)降粘劑，摻量為 1%。 SDYK 型表面活性劑，為黃褐色乳狀固液混合物，摻量為 0.6%。

3.實(shí)驗(yàn)
3.1 AFM 實(shí)驗(yàn)
對進(jìn)行熱氧老化的各種膠粉改性瀝青，用熱熔法制備 AFM 試樣；每種測試瀝青制備 3 個(gè) AFM 試樣，每個(gè)試樣選測 5 個(gè)點(diǎn)，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確。上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司瀝青軟化點(diǎn)儀，選用探針 K=6，掃描區(qū)域 20μm×20μm。

3.2 紅外光譜（FTIR）實(shí)驗(yàn)
分別稱取約1.5 g熱氧老化前后添加溫拌劑EM、SDYK的膠粉改性瀝青置于潔凈的ATR 晶 體板上，置于 110℃烘箱恒溫保持 1 h，使瀝青均勻攤鋪在 ATR 晶體板的限定區(qū)域內(nèi)，制 備好的樣品置于 Thermo Nicolet is5 紅外光譜儀上進(jìn)行紅外譜圖采集。

瀝青四組分中的瀝青質(zhì)，是一種極性很強(qiáng)的物質(zhì)，其基本結(jié)構(gòu)是以稠環(huán)芳香烴為核心并 連接有環(huán)烷和烷基鏈的分子[13]；膠質(zhì)也是極性很強(qiáng)的分子，這使得它具有很好的粘附特性。 瀝青中因?yàn)槟z質(zhì)的存在，對瀝青質(zhì)起擴(kuò)散和膠溶作用，瀝青質(zhì)的聚集和分散與膠質(zhì)在瀝青質(zhì) 表面的吸附和形成的空間烷基鏈層有關(guān)。飽和分與芳香分主要成分為脂肪烴、烷基烷烴、 環(huán)烷烴、芳香烴等 [。羰基指數(shù)與亞砜指數(shù)代表了極性成分，脂肪族類指數(shù)代表了非極性成 分，芳香分指數(shù)代表了介于極性與非極性之間的成分[15]。由表 7 可知，加入溫拌劑 EM 和 SDYK 后，不同程度的改變了官能團(tuán)指數(shù)，瀝青分子內(nèi)極性與非極性成分相對比例發(fā)生了改變，表 明了瀝青四組分的相對含量發(fā)生了變化，改變了瀝青中各成分之間化學(xué)鍵的強(qiáng)度，影響了紅 外光譜圖吸收峰的強(qiáng)度。通過對比膠粉改性瀝青與溫拌劑 EM 的紅外光譜可知，其吸收峰的 位置在多處都是類似的，相似者相容，在溫拌瀝青制備過程中, 溫拌劑 EM 被加入熱瀝青后 吸附與其成分相似的組分，由表 7 可知，瀝青中的飽和分和芳香分含量增加，導(dǎo)致溫拌劑 EM 更好的分散于潤滑膠質(zhì)與瀝青質(zhì)中，從而降低瀝青黏度。根據(jù)溫拌劑 SDYK 的分子結(jié)構(gòu)以 及其與瀝青有相似的成分特點(diǎn)，將其加入到瀝青中后，其分子顆粒分布在瀝青組分中，親水 性（極性）與親油性（非極性）的分子結(jié)構(gòu)在瀝青顆粒表面形成一層帶電水膜，一定程度阻 礙了瀝青微粒的大量聚集，降低瀝青膠團(tuán)粘度。

EM、SDYK 后的膠粉改性瀝青（1E-60MCR、0.6S-60MCR）與普 通膠粉改性瀝青（60MCR）相比，瀝青的粘附力與 DMT 模量均增加；熱氧老化后，三種瀝青 的粘附力均減少，DMT 模量均增加。將三種瀝青熱氧老化前后的針入度、長鏈烷烴指數(shù)分別 與 DMT 模量的對應(yīng)關(guān)系作圖，得到圖 8 與圖 9。圖 8 表明熱氧老化前后三種瀝青的 DMT 模量 與針入度呈線性關(guān)系，且 R 2大于 0.87，兩者有很好的相關(guān)性，表明利用 AFM 測得的 DMT 模 量可以精確的表征瀝青納米級力學(xué)特性。由圖 8 可知，當(dāng) DMT 模量增加大時(shí)，瀝青針入度減 小，瀝青變硬，瀝青承載能力提高。 熱氧老化前，由表 7 可知，加入溫拌劑 EM、SDYK 之后，瀝青芳香烴指數(shù)增加，表明瀝 青四組分中的芳香分含量增加；支鏈烷烴與長鏈烷烴指數(shù)之和增加，表明主要成分為烷基鏈 層的膠質(zhì)含量增加。芳香分主要影響瀝青流動性，起潤滑和溶解作用，膠質(zhì)決定瀝青的粘附 力、塑性以及流動性[18]，芳香分和膠質(zhì)含量增加，所以，膠粉改性瀝青粘附力增加。 圖 9 表明熱氧老化前后三種瀝青的長鏈烷烴指數(shù)與 DMT 模量呈線性關(guān)系，R 2大于 0.9， 表明兩者有很高的相關(guān)性，當(dāng)長鏈烷烴指數(shù)增大時(shí)，瀝青的 DMT 模量也增加。加入溫拌劑 EM、SDYK 后，長鏈烷烴指數(shù)增加，表明溫拌劑分子融入瀝青，長鏈烷烴比重加大，且與瀝 青分子形成新的聚集體，使其與瀝青整體混合強(qiáng)度增加；此外，由表 7 可知，羰基指數(shù)與亞 砜基指數(shù)之和增加，表明極性分子比重增加，故瀝青 DMT 模量增大,瀝青變得更硬。

結(jié)論
（1）溫拌劑 EM、SDYK 的加入后，瀝青內(nèi)部沒發(fā)生明顯的化學(xué)變化，只是相似者相容，改變 了瀝青各組分的含量；
（2）熱氧老化導(dǎo)致膠粉改性瀝青發(fā)生了氧化與縮合反應(yīng)；使分子間發(fā)生了斷裂與重組，改 變了瀝青的各項(xiàng)官能團(tuán)指數(shù)，其中，體現(xiàn)老化程度的羰基指數(shù)、亞砜指數(shù)和長鏈烷烴指數(shù)均 增加；老化后，瀝青的粘附力降低，DMT 模量增加；
（3）熱氧老化后，添加溫拌劑 SDYK 的瀝青體現(xiàn)老化程度的官能團(tuán)指數(shù)增加幅度最小，粘附 力減少幅度和 DMT 模量增加幅度最小，說明抗老化能力優(yōu)于 1E-60MCR 與 60MCR。