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（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間等。A. M. Feroze Rashid 研究了膠粉改性瀝 青微觀力學特性，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溫度以及良好的服務質(zhì)量和耐久性等特點被廣 泛應用。由于瀝青的結(jié)構(gòu)及其性狀，一般應用于純物質(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者的關注和研究。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的含量。林璐[6]等選取四種不同基質(zhì)瀝青運用紅外光譜、元素分 析等方法對其熱氧老化及化學組成進行研究，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成分的變化以及 其與納米級力學特性的聯(lián)系。改性劑膠粉與 SBS 相比，成本更低，經(jīng)濟性更好。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計與耐久性評價提供一定參考。

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.實驗
3.1 AFM 實驗
對進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 AFM 試樣，每個試樣選測 5 個點，以保證測試結(jié)果的準確。上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司瀝青軟化點儀，選用探針 K=6，掃描區(qū)域 20μm×20μm。

3.2 紅外光譜（FTIR）實驗
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)也是極性很強的分子，這使得它具有很好的粘附特性。 瀝青中因為膠質(zhì)的存在，對瀝青質(zhì)起擴散和膠溶作用，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。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鍵的強度，影響了紅 外光譜圖吸收峰的強度。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，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 模量的對應關系作圖，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 與針入度呈線性關系，且 R 2大于 0.87，兩者有很好的相關性，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特性。由圖 8 可知，當 DMT 模量增加大時，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 模量呈線性關系，R 2大于 0.9， 表明兩者有很高的相關性，當長鏈烷烴指數(shù)增大時，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）熱氧老化導致膠粉改性瀝青發(fā)生了氧化與縮合反應；使分子間發(fā)生了斷裂與重組，改 變了瀝青的各項官能團指數(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。