不同改性抗老化沥青的性能探究

吴鸿飞 宋金平 冯瑞 陈萌 董子震

(1.河北光太路桥工程集团有限公司，河北 邯郸 056000；2.河北工程大学，河北 邯郸 056000)

一、引言

随着我国的公路里程逐年增多，因热氧老化导致的路面性能衰减问题日益严峻，进而引发沥青路面使用年限缩短的严重后果。近年来，不少国内外学者研究沥青路面的热氧老化问题，最常使用的是将抗热氧老化添加剂作为抗氧剂。董子震、胡江三等人表明不同抗氧剂掺入沥青后制备出的抗氧化改性沥青具有更优的抗裂性能；陈华鑫等人评价了三种抗老化剂对沥青抗老化性能的影响；郭猛等人分别从宏观角度和微观角度综合分析了抗老化沥青的研究进展。

本文选用Irganox 1010和Irgafos 168作为抗氧化剂，制备改性抗老化沥青，测试沥青添加抗氧化剂前后的针入度、软化点、延度的变化趋势，并从微观角度探究两种改性抗老化沥青老化前后的形貌变化，确定抗氧化剂的最佳掺量，为沥青抗老化性能的研究提供理论基础。

二、实验

（一）原材料

本文选用的是东明70#沥青，两种抗老化剂的指标如表1所示。

表1 抗氧化剂基本指标

（二）试验方案

改性抗老化沥青的制备：选用高速剪切仪，Irganox 1010和Irgafos 168的掺量均为0%、3%、6%和9%，用来制备1#和2#沥青。首先将70#沥青置于135℃的烘箱中1h，取出后放入150℃的高速剪切仪中，加入抗氧剂，以4500rad/s的转速剪切15min。

改性抗老化沥青微观形貌观测：使用原子力显微镜（AFM）观测沥青表面形貌。

三、结果与讨论

（一）三大指标

图1显示，两种抗氧剂对沥青的针入度影响不同。对于Irganox 1010，掺量为3%时，针入度下降了3.4%，掺量9%时下降了17.2%，说明掺量越大，1#沥青针入度下降幅度越大。与之不同的是，Irgafos 168抗氧剂掺量的增加使沥青的针入度呈现先下降后升高的趋势。图2可以看出，1#沥青软化点在Irganox 1010掺量为6%时上升最多为0.4%，掺量为9%时下降最多为0.6%，说明Irganox 1010对沥青的软化点影响较小。而Irgafos 168的掺入使沥青的软化点持续下降，对软化点影响较大。观察表2，在Irganox 1010掺量为3%时，1#沥青的延度有所提高，掺量6%时，延度反而下降，在9%掺量时甚至发生脆断，说明Irganox 1010的掺量越大对沥青的低温性能越不利。在掺入9%的Irgafos 168时，2#沥青延度有所改善，相比70#沥青提高了26.6%，说明掺入9%Irgafos 168对2#沥青的延度有一定改善作用。

图1 不同抗氧剂掺量对沥青针入度的影响

图2 不同掺量抗氧剂对沥青软化点的影响

表2 不同抗氧剂对沥青延度的影响

（二）表面形貌

从图3（a）和（b）可以看出，70#沥青老化后“蜂状结构”的尺寸变大，数量增多，且出现聚集现象，导致“蜂状结构”面积增大。从图3（a1）中可以看出，随着Irganox 1010掺量的持续增加，“蜂状结构”的数量和面积不断增大；经过短期热氧老化后，图3（a2）的变化较小，但图3（b2）、（c2）的“蜂状结构”尺寸、数量增加明显，说明Irganox 1010的掺量越大，对1#沥青的抗老化性能影响越大。图4（a1）、（b1）、（c1）中看出“蜂状结构”的尺寸逐渐变大，数量增多。经过短期热氧老化后，2#沥青中“蜂状结构”的尺寸和数量在不断减小，分散更加均匀，掺加9%Irgafos 168的沥青表面“蜂状结构”的尺寸、大小和数目的下降最为明显，说明掺入Irgafos 168后2#沥青的抗老化性能得到提高，且掺量越大，提高的程度越明显。

图3 1#沥青在不同Irganox 1010掺量下老化前后的AFM图

图4 2#沥青在不同Irgafos 168掺量下老化前后的AFM图

四、结语

Irganox 1010掺量大于3%时，针入度、延度急剧降低，对低温性能有不利影响。Irgafos 168在掺量为9%时，大幅提高了延度，改善了沥青的低温性能。

70#沥青老化后，形貌图中“蜂状结构”尺寸、数量增加。随着Irganox 1010掺量的增加，“蜂状结构”的数量变多，但老化后掺加3%Irganox 1010的沥青微观表面变化较小。随着Irgafos 168的增加，2#沥青的抗老化性能有所提高。因此，为了充分发挥抗氧剂的抗老化性能，建议Irganox 1010的最佳掺量为3%，Irgafos 168的最佳掺量为9%。