受阻胺类抗老化剂对沥青混凝土路面性能影响的实验研究

陈 雨

(黄冈师范学院， 湖北 黄冈 438000)

受阻胺类抗老化剂对沥青混凝土路面性能影响的实验研究

陈 雨

(黄冈师范学院， 湖北 黄冈 438000)

将不同含量受阻胺类抗老化剂GW — 944添加到沥青中，研究了GW — 944对沥青混凝土路面性能影响。结果表明，随GW — 944含量的增加，老化后沥青相位角出现整体下降趋势；老化前沥青相位角则先减小后增大；老化前沥青车辙因子的增加幅度是先增大后减小；GW — 944含量为0.6%时，对老化前后的复合剪切模量影响最大；老化前后沥青抗疲劳性能在一定程度上得到降低。随温度的增加，老化前沥青相位角先增加后减小；老化后沥青相位角在含量为0.6%时，相位角最大；在沥青含量为0.6%时，老化前后的沥青抗车辙因子最大；老化前原样沥青提高疲劳性能的作用逐渐减小；老化后沥青对疲劳性能的影响逐渐加大。抗老化剂GW — 944添加量对老化前的原样沥青低温性能影响较小，GW — 944对老化后10 ℃下的的沥青延度改善明显，随着GW — 944添加量，延度变化幅度先增大后减小，在0.6%时最大，延度提高了36.7%。

混凝土路面； 沥青； 受阻胺类； 抗老化剂

1 概述

近年来，我国公路建设发展加速，同时道路建设存在的问题也日益引起关注[1-3]。由于沥青路面长年自然环境下裸露，尤其在北方，易发生温度疲劳和低温收缩等老化作用，导致沥青路面的进一步老化，导致沥青路面性能变差，沥青路面的寿命影响严重[4]。在影响的主要自然因素中，紫外光作用是引起沥青路面损坏的常见因素[5-7]。沥青路面使用寿命与其抗老化性能有密切联系，随着高分子化学进一步发展，不同用途、不同材料的抗老化剂相继出现，添加抗紫外光老化剂在道路沥青中，是目前提高道路抗老化能力的采用的主要手段[8]。沥青以其优良的路用性能在道路建设领域得到广泛应用[9]。采用合适抗老化剂改善沥青耐老化性能，延长沥青混凝土路面使用寿命意义重大[9,10]。

受阻胺抗老化剂属于一种多功能性光稳定剂，具有捕获自由基、分解氢过氧化物、捕获单线态氧的作用，能将高分子材料耐老化性能有效提高。将受阻胺抗老化剂加入沥青中，通过捕获光、热引发的自由基，阻止沥青进一步老化[11]。本文将受阻胺类抗老化剂GW — 944添加到沥青中，研究了其对沥青混凝土路面性能影响。

2 原材料及方法

2.1 实验原材料

本文按照JTGF40 — 2004(公路沥青路面施工技术规范》中对基质沥青要求事物性能指标，试验选用辽阳基质沥青，在RTFOT旋转薄膜烘箱中，提前进行紫外老化试验样品的短期老化，受阻胺类抗氧剂采用北京加成助剂研究所生产的GW — 944，表1为沥青性能检测结果，表2为GW — 944质量指标。

表1 沥青性能检测结果Table1 Thetestresultsofasphaltperformance检测项结果规范规定延度(15℃)/cm>210≥150软化点/℃47845～54闪点/℃281≥230含蜡量/%17 ≤2密度(15℃)/(g·cm-3)103实测溶解度/%999 ≥99

表2 GW—944相关指标Table2 TheGW—944correlationindex检测项结果外观白色粉末挥发份(105℃，2h)/%≤10灰分/%≤05熔融温度/℃>100透光率(500nm)/%≥95密度/(g·cm-3)101氮含量/%46热失重(300℃)/%10

2.2 试样制备

称取一定量沥青，加热熔融后，恒温下使用剪切机进行高速搅拌，分别将含量为沥青的0、0.4 %、0.6% 、0.8%的GW — 944加入到基质沥青中，搅拌时间为30 min。在直径120 mm 培养皿中，倒入一定量沥青，放置于70 ℃ 恒温干燥箱中，自流平形成1 mm 沥青薄膜试样，将沥青试样放置于南京环科试验设备有限公司生产的紫外光老化箱内进行强紫外光辐射，其中强紫外光辐射的条件为： 1160 W/m的光照强度、温度60 ℃、光照时间24 h、紫外光灯波长满足UVB为280～330 nm、UVA为330～410 nm。

2.3 性能测试

沥青高温性能事物评价采用动态剪切流变仪DSR进行，对不同测试频率、温度等条件下的沥青试样进行流变性能分析。在进行DSR试验时，应变控制模式条件为模板25 mm、角速度10 rad·s-1、间距1 mm、应变10%，测试老化前后的基质沥青试样性能指标，采用5～85 ℃的扫描温度分析相位角δ和抗车辙因子G*/sinδ。

3 结果与讨论

3.1 GW — 944对相位角的影响

相位角δ是评价沥青胶结料弹塑性程度的重要指标， 值越小反应沥青的弹性大、塑形越小，在外力作用下产生的永久变形越少，一定程度上可以反应沥青高温性能，表3分别为不同受阻胺类GW — 944相位角δ随温度和含量的变化值。

表3 不同含量GW—944和温度对相位角的影响Table3 TheeffectsofdifferentconcentrationsofGW—944andtem⁃peratureonthephaseangle沥青抗老化剂含量/%相位角δ/(°)60℃65℃70℃75℃80℃086．4387．3287．8787．6586．540．486．1087．2187．3287．1086．65老化前的原样沥青0．686．2187．0087．6587．5486．760．886．2187．1087．7687．6586．87072．4362．1049．6538．2132．320．475．8770．6555．3248．7635．21老化后的沥青0．674．3273．5462．4352．4338．650．873．1066．2151．1042．3231．10

从表3可以看出: 随着抗老化剂GW — 944含量的变化，老化前后的沥青相位角的影响差别较大。随GW — 944含量的增加，老化后的沥青相位角出现整体下降趋势；老化前的原样沥青相位角则先减小后增大，GW — 944含量为0.4%时，相位角最小，GW — 944含量为0时，相位角最小最大。随温度的增加，不同GW — 944含量下，老化前的沥青相位角先增加后减小，70 ℃时，相位角较大；老化后的沥青相位角在含量为0.6%时，相位角最大，含量为0时，相位角最小；随温度增加，老化后的沥青相位角基本呈线性减小趋势。

3.2 GW — 944对抗车辙因子的影响(见表4)

表4为不同含量GW — 944和温度对抗车辙因子G*/sinδ的影响，沥青高温性能评价指标为G*/sinδ，G*/sinδ越大表明沥青流动变形越小，则沥青的抗车辙能力就越强。从表4可以看出:添加GW — 944抗光老剂，沥青高温性能得到一定提高。GW — 944主要在沥青光老化后阶段起较大作用，光老化前影响则较小，随着温度的升高，GW — 944影响效果逐渐降低；随GW — 944含量的增加，光老化后沥青的G*/sinδ呈先减小再增加最后再减小的趋势，在沥青含量为0.6%时，老化前后的沥青抗车辙因子最大，显改善了沥青的高温性能明，说明GW — 944提升沥青的高温抗车辙性稳定有效。

表4 不同含量GW—944和温度对抗车辙因子的影响Table4 TheeffectsofdifferentconcentrationsofGW—944andtem⁃peratureontheruttingfactor沥青抗老化剂含量/%抗车辙因子60℃65℃70℃75℃80℃0．4-2．05-4．59-6．65-3．94-2．86老化前的原样沥青0．613．0610．258．324．133．320．89．517．652．869．443．920．40．00-0．47-20．32-30．42-10．11老化后的沥青0．612．0716．43-3．37-29．38-14．700．8-22．22-29．39-29．24-32．12-6．37

图1为GW — 944含量下沥青抗车辙因子增加幅度，从图1可以看出: 随着GW — 944添加含量的增加，老化前的原样沥青车辙因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后减小，GW — 944添加量0.6%时，改善高温性能作用最佳，整体增加约7.5%，GW — 944添加量0.8%时次之，添加量0.4%时，高温性能改善幅度最小。随着温度的升高，GW — 944添加量变化，对改善高温性能的作用逐渐降低，在温度为80℃时，添加0.6%和0.8%的GW — 944改善幅度几乎一样。随着GW — 944添加量的增加，老化后的沥青车辙因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后减小，GW — 944添加量为0.6%时，改善高温性能作用最佳；随着温度的升高，GW — 944添加量变化，对改善高温性能的作用逐渐降低，在GW — 944添加量为0.4%、温度60 ℃时，对其改善幅度已经不存在；掺量0.6%时，对其改善幅度几乎不存在，添加量为0.8%时，整体改善幅度为-28%。

3.3 GW — 944对沥青复合剪切模量的影响

表5为不同GW — 944含量下沥青复合剪切模量，由表5可知:抗老化剂GW — 944含量变化对复合剪切模量G*的影响程度有一定的差别。对于老化前的原样沥青来说，GW — 944含量为0.6%时，对G*影响最大，GW — 944含量为0时，对G*影响最小。对于老化后的沥青来说，GW — 944含量为0.6%时，对G*影响最大，GW — 944含量为0.8%时，对G*影响最小。对G*的影响随着温度的升高，老化前后沥青复合剪切模量G*呈减小趋势，这说明温度对老化前后沥青的G*敏感性不同。

图1 GW — 944含量下沥青抗车辙因子增加幅度Figure 1 The GW — 944 content of asphalt anti rutting factor increase range

表5 不同GW—944含量下沥青复合剪切模量Table5 TheshearmodulusofasphaltwithdifferentGW—944content沥青抗老化剂含量/%复合剪切模量G∗/MPa60℃65℃70℃75℃80℃01．600．980．580．420．250．42．011．300．750．470．28老化前的原样沥青0．62．231．380．80．520．330．82．151．370．790．500．3204．412．801．871．020．810．45．113．402．121．251．02老化后的沥青0．65．603．612．251．200．950．84．822．952．021．110．87

3.4 GW — 944对沥青疲劳因子的影响

图2为GW — 944不同掺量下沥青疲劳因子变化幅度，由图2可以看出: 添加抗老化剂GW — 944，老化前后沥青抗疲劳性能在一定程度上得到降低。对于老化前的原样沥青来说，随着GW — 944添加量的增加，沥青疲劳因子G*/sinδ的变化幅度呈现增大趋势，GW — 944添加量为0.6%、0.8%时，疲劳性能所受影响最大。对于老化后的沥青来说，GW — 944添加量为0.4%时，疲劳性能所受影响最大。温度变化对老化前后沥青的疲劳性能影响是不同的，随着GW — 944含量的变化，疲劳性能差别较大。老化前的原样沥青随着温度的升高，GW — 944添加量提高疲劳性能的作用逐渐减小，不同添加量在温度为32 ℃时，变化幅度的差别较大；老化后的沥青随着温度的升高，GW — 944添加量对疲劳性能的影响逐渐加大，不同添加量在温度为26 ℃时，变化幅度差别较大。

图2 GW — 944不同掺量下沥青疲劳因子变化幅度Figure 2 The variation range of fatigue factor of asphalt under different dosage of GW — 944

4 GW-944对沥青延度的能影响

评价沥青老化效果、老化程度的依据是老化前后沥青指标的变化，表征流变性能的重要指标是延度，路面低温开裂性能和低温延度有一定的关联。图3为GW — 944不同添加量下沥青10 ℃时的延度，图4为GW — 944不同添加量下下沥青10 ℃延度增加幅度。

图3 GW — 944不同添加量下沥青的延度Figure 3 The ductility of asphalt under different adding amount of GW — 944

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

从图3和图4可以看出: 抗老化剂GW — 944添加量对老化前的原样沥青低温性能影响较小，随着GW — 944添加量的增加，10 ℃下的延度变化不大，GW — 944添加量为0.4%和0.8%时变化幅度分别为-0.89%、-0.32%。对于老化后的沥青来说，GW — 944对其10 ℃下的延度改善明显，随着GW — 944添加量，延度变化幅度先增大后减小，在0.6%时最大，延度提高了36.7%。GW — 944对老化沥青低温性能改善显著，这是由于在有氧状态下，受阻胺对光的吸收转变为氮氧自由基，在紫外光老化过程中，氮氧自由基具有再生功能、稳定功能，抑制了连锁反应。

5 结论

① 随GW — 944含量的增加，老化后沥青相位角出现整体下降趋势；老化前沥青相位角则先减小后增大；老化前沥青车辙因子G*/sinδ的增加幅度是先增大后减小；GW — 944含量为0.6%时，对老化前后的复合剪切模量G*影响最大；老化前后沥青抗疲劳性能在一定程度上得到降低。

② 随温度的增加，老化前沥青相位角先增加后减小；老化后沥青相位角在含量为0.6%时，相位角最大；在沥青含量为0.6%时，老化前后的沥青抗车辙因子最大；老化前原样沥青提高疲劳性能的作用逐渐减小；老化后沥青对疲劳性能的影响逐渐加大。

③ 抗老化剂GW — 944添加量对老化前的原样沥青低温性能影响较小，GW — 944对老化后10 ℃下的的沥青延度改善明显，随着GW — 944添加量，延度变化幅度先增大后减小，在0.6%时最大，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

陈 雨，1987-)，湖北黄冈人，在读硕士，助教，研究方向：工程管理及造价、建筑与土木工程。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0245 — 05