摘要： 為探究SBS改性瀝青膠漿在自然環(huán)境中受到溫度和濕度共同作用下的性能變化，模擬溫濕耦合循環(huán)環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。在不同溫度區(qū)間的循環(huán)條件下，采用錐入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、延度試驗(yàn)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)和雙邊缺口拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)SBS改性瀝青膠漿的宏觀性能變化；結(jié)合紅外光譜測(cè)試，從化學(xué)成分角度探究其性能變化機(jī)理。研究結(jié)果表明：隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)增加，SBS改性瀝青膠漿出現(xiàn)變硬、變脆等老化現(xiàn)象，其宏觀性能發(fā)生衰退；在相同試驗(yàn)條件下，溫度區(qū)間的溫差越大，對(duì)膠漿性能的影響越大；在溫濕耦合循環(huán)后，SBS改性瀝青膠漿的亞砜基指數(shù)增大，丁二烯指數(shù)下降。

關(guān)鍵詞： SBS改性瀝青膠漿； 濕熱環(huán)境； 耦合老化； 微觀分析； 老化性能

中圖分類號(hào)： U 414文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A"" 文章編號(hào)： 1000 5013（2024）04 0478 09

Effect of Temperature and Humidity Coupling Cycles on Performance of SBS Modified Asphalt Mastic

TAN Bo1，2， FAN Yuzhu1，2， LI Qing1，2， XIE Enlian3， LIU Jingshuang3

（1. School of Civil and Architectural Engineering， Guilin University of Technology， Guilin 541004， China；

2. Collaborative Innovation Center for Exploration of Nonferrous Metal Deposits and Efficient Utilizartion of Resources，Guilin University of Technology， Guilin 541004， China；

3. Guangxi Tianxin Expressway Limited Company， Chongzuo 532800， China）

Abstract： In order to investigate the performance changes of SBS modified asphalt mastic under the joint action of temperature and humidity in the natural environment， indoor tests were carried out to simulate the temperature and humidity coupling cyclic environment. Under the cyclic conditions of different temperature intervals， the cone penetration test， the softening point test， the ductility test， Brookfield viscosity test， and double edge notched tension test were used to evaluate the macroscopic property changes of SBS modified asphalt mastic； combining with the infrared spectrometer， the mechanism of the performance change was studied from the perspective of chemical composition. The results show that： with the increase of the number of temperature and humidity coupling cycles， the SBS modified asphalt mastic appears to become hard， brittle and other aging phenomena， and its macroscopic properties declines； under the same test conditions， the higher the tem perature difference between the intervals of the mastic has a greater impact on its performance； the sulfoxide index of SBS modified asphalt mastic increases after the temperature and humidity coupling cycle， and the butadiene index also decreases.

Keywords：

SBS modified asphalt mastics； hot and humid environment； coupled aging； micro-analysis； aging property

我國(guó)季凍區(qū)夏季高溫多雨和冬季寒冷干燥交替情況出現(xiàn)，這樣的極端環(huán)境使瀝青路面長(zhǎng)期處于溫度和濕度的耦合作用下，造成瀝青材料出現(xiàn)內(nèi)部損傷，容易出現(xiàn)車轍、坑槽、松散等路面病害，嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用壽命和路用性能［1-3］。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)瀝青和瀝青混合料在極端環(huán)境下的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。李海軍等［4］對(duì)瀝青進(jìn)行熱-氧-水老化，研究發(fā)現(xiàn)水分的存在會(huì)加速瀝青的老化。Chen等［5］對(duì)不同水老化條件下的瀝青疲勞性能進(jìn)行研究，并建立模型預(yù)測(cè)水老化后瀝青的疲勞壽命。念騰飛等［6］通過灰色關(guān)聯(lián)熵理論對(duì)瀝青在凍融循環(huán)下的流變性能參數(shù)與瀝青特征官能團(tuán)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析。張勤玲等［7］對(duì)比研究了基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青在干濕-凍融條件下的化學(xué)特性變化，發(fā)現(xiàn)SBS改性瀝青的抗水老化性能要優(yōu)于基質(zhì)瀝青。吳建濤等［8］通過自主研發(fā)的試驗(yàn)裝置模擬高溫、高濕環(huán)境，研究回收瀝青在水分-老化耦合作用下各項(xiàng)性能的變化規(guī)律。王龍等［9］通過原子力顯微鏡，研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)后瀝青膠漿的微觀結(jié)構(gòu)遭到破壞。Cheng等［10］通過建立的數(shù)學(xué)模型和粘彈性連續(xù)損傷理論評(píng)估了凍融循環(huán)下瀝青和瀝青膠漿的流變性能。郭慶林等［11］發(fā)現(xiàn)在高溫、高濕的環(huán)境下，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度、低溫楊氏模量和中溫動(dòng)態(tài)勁度模量降低。關(guān)于溫度和濕度對(duì)瀝青性能影響的研究已成為業(yè)界頗為關(guān)注的問題，但目前針對(duì)不同溫差變化和濕度共同作用下SBS改性瀝青膠漿的影響研究卻較少。

本文采用一種更符合自然環(huán)境中高低溫變化和濕度耦合的模擬試驗(yàn)方式，在不同溫濕循環(huán)條件下，進(jìn)行錐入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、延度試驗(yàn)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度和雙邊缺口拉伸試驗(yàn)（DENT）以評(píng)估SBS改性瀝青膠漿的性能變化，并結(jié)合傅里葉變換紅外光譜（FTIR）從化學(xué)成分角度探究其性能變化機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 材料及指標(biāo)

采用SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)，如表1所示，滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》。礦粉為石灰石粉，其技術(shù)指標(biāo)，如表2所示，滿足JTJ E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》。

1.2 瀝青膠漿樣品制備

將SBS改性瀝青置于170 ℃的烘箱中加熱至流動(dòng)狀態(tài)，倒入180 ℃的油浴鍋中。將礦粉放入105 ℃的烘箱加熱4 h以除去水分，稱取與瀝青質(zhì)量比為1∶1的礦粉，少量多次加入瀝青中；采用增力攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速率為1 000 r·min-1，時(shí)間為30 min。將瀝青膠漿倒入模具中，制成所需樣品。

1.3 溫濕耦合循環(huán)試驗(yàn)

參考文獻(xiàn)［9-10］模擬室內(nèi)溫濕耦合循環(huán)試驗(yàn)。為研究不同工況下SBS改性瀝青膠漿的性能變化規(guī)律，設(shè)置不同的循環(huán)溫度區(qū)間（-20～60 ℃，-20～40 ℃，0～60 ℃，0～40 ℃），其中，溫濕耦合循環(huán)中的低溫條件是由低溫箱控制，高溫高濕條件是由恒溫水浴箱控制。先將SBS改性瀝青膠漿樣品放入低溫箱中持續(xù)冰凍12 h，再放入恒溫水浴箱中12 h，此為一個(gè)循環(huán)。分別循環(huán)3，6，9，12次，重復(fù)循環(huán)過程完成不同次數(shù)的溫濕耦合循環(huán)，循環(huán)結(jié)束后將樣品取出，待樣品靜置至室溫后，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

1.4 常規(guī)試驗(yàn)

參考JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)溫濕耦合循環(huán)后的SBS改性瀝青膠漿分別進(jìn)行15和40 ℃錐入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)（環(huán)球法）試驗(yàn)和5 ℃延度試驗(yàn)。

瀝青膠漿采用常規(guī)的針入度試驗(yàn)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的情況［12-13］，因此，通過15和40 ℃下的SBS改性瀝青膠漿錐入度試驗(yàn)，分別評(píng)價(jià)其溫濕耦合循環(huán)作用后的低溫抗剪性能和高溫抗剪性能。錐入度試驗(yàn)裝置，如圖1所示。參照J(rèn)TG E20-2011中的針入度試驗(yàn)方法，將標(biāo)準(zhǔn)針換作錐針，得到不同工況下的SBS改性瀝青膠漿錐入度，并計(jì)算其抗剪強(qiáng)度（τ），即

τ=981Qcos2α2/πh2tanα2。（1）

式（1）中：Q為錐針、連桿和砝碼總質(zhì)量；α為錐針針尖角度；h為錐入度。

1.5 布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)

參考JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，選用布氏旋轉(zhuǎn)黏度儀測(cè)試SBS改性瀝青膠漿在溫濕耦合循環(huán)下不同溫度（135，145，155，165，175 ℃）的黏度，并計(jì)算其黏流活化能。

1.6 雙邊缺口拉伸（DENT）試驗(yàn)

采取雙邊缺口拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)SBS改性瀝青膠漿在溫濕耦合循環(huán)作用下的中溫抗裂性能變化規(guī)律。參考AASHTO TP 113-2015規(guī)范，采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)，設(shè)置拉伸速率為50 mm·min-1，試驗(yàn)溫度為25 ℃。對(duì)同一種SBS改性瀝青膠漿，制備3種不同韌帶寬度（5，10，15 mm）的試件進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)?zāi)＞?，如圖2所示。

1.7 傅里葉紅外光譜（FTIR）試驗(yàn)

對(duì)不同工況下的SBS改性瀝青膠漿進(jìn)行傅里葉紅外光譜測(cè)試，觀察主要官能團(tuán)振動(dòng)譜帶的變化情況，進(jìn)一步探究SBS改性瀝青膠漿在溫濕耦合循環(huán)下的性能衰退機(jī)理。試驗(yàn)采用Nicolet 6700型傅里葉紅外光譜儀，測(cè)試范圍為4 000～500 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32次。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)試驗(yàn)

2.1.1 錐入度 不同工況下SBS改性瀝青膠漿在試驗(yàn)溫度（θ）為15，40 ℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度，如圖3所示。圖3中：θr為循環(huán)過程的溫度。

由圖3可知：不同溫度差下SBS改性瀝青膠漿的抗剪強(qiáng)度增幅存在差異，在溫差更大的區(qū)間循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿抗剪強(qiáng)度的增幅更明顯。具體表現(xiàn)為與未參與溫濕耦合循環(huán)的對(duì)照組相比，SBS改性瀝青膠漿在溫度區(qū)間為-20～60 ℃，-20～40 ℃，0～60 ℃，0～40 ℃內(nèi)循環(huán)12次后，其15 ℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度分別增大了47.5%，36.3%，32.1%，24.4%，其40 ℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度分別增大了50.9%，18.1%，45.7%，15.7%。隨著溫濕耦合循環(huán)作用的進(jìn)行，不同循環(huán)溫度區(qū)間下的瀝青膠漿抗剪強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，說明隨著溫濕耦合循環(huán)作用的進(jìn)行，瀝青質(zhì)的質(zhì)量增加，輕質(zhì)組分含量降低，SBS改性瀝青膠漿的彈性成分增多，膠漿變硬、變脆。當(dāng)試驗(yàn)溫度為40 ℃時(shí)，在-20～40 ℃溫度區(qū)間下循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿的抗剪強(qiáng)度增幅要明顯小于在0～60 ℃溫度區(qū)間下循環(huán)的瀝青膠漿抗剪強(qiáng)度。

2.1.2 軟化點(diǎn) 不同工況下SBS改性瀝青膠漿的軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果，如圖4所示。

由圖4可知：在同樣的循環(huán)溫度區(qū)間下，隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，SBS改性瀝青膠漿軟化點(diǎn)變化較小，且未呈現(xiàn)出一致性的變化規(guī)律，這一結(jié)果與文獻(xiàn)［14］的研究結(jié)果一致，說明用軟化點(diǎn)難以表征其高溫形狀的變化。這可能是因?yàn)镾BS改性瀝青的軟化點(diǎn)變化是由SBS改性劑和基質(zhì)瀝青綜合作用決定，SBS改性劑在SBS改性瀝青膠漿內(nèi)部形成了網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)包裹住了瀝青，使瀝青結(jié)構(gòu)變得更穩(wěn)定，而溫濕耦合循環(huán)作用對(duì)SBS改性劑的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害較少，導(dǎo)致軟化點(diǎn)變化不顯著。

2.1.3 延度 不同工況下SBS改性瀝青膠漿的延度試驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示。圖5中：l為延度。

由圖5可知：在相同循環(huán)溫度區(qū)間下，隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，SBS改性瀝青膠漿的延度變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，此外，不同溫差大小對(duì)SBS改性瀝青膠漿延度的影響程度不同，循環(huán)溫度區(qū)間的溫差越大，膠漿延度下降幅度越大；而在循環(huán)溫度區(qū)間溫差相同的情況下，在高溫區(qū)間循環(huán)的膠漿延度受溫濕耦合循環(huán)作用的影響要比在低溫區(qū)間循環(huán)所受的影響更大。說明溫濕耦合循環(huán)使膠漿的低溫抗裂性能下降，且溫差越大、溫度越高，膠漿的低溫抗裂性能下降越明顯。主要是因?yàn)闇貪耨詈涎h(huán)使芳香分向膠質(zhì)和瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，SBS改性瀝青膠漿變硬，低溫延展性降低，溫差越大、溫度區(qū)間越高，越加劇了這種現(xiàn)象。

2.2 布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)

不同工況下SBS改性瀝青膠漿的布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。圖6中：η為黏度。

由圖6可知：在相同試驗(yàn)溫度下，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，SBS改性瀝青膠漿黏度總體呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，溫濕耦合循環(huán)后膠漿的黏度增幅在較低的試驗(yàn)溫度內(nèi)表現(xiàn)更加明顯，隨著試驗(yàn)溫度越高，黏度增加幅度越小。在-20～60 ℃區(qū)間下進(jìn)行循環(huán)的瀝青膠漿黏度變化最顯著，當(dāng)循環(huán)溫度區(qū)間的溫度差變小，瀝青膠漿的黏度增幅減小。這是因?yàn)镾BS改性瀝青膠漿經(jīng)過溫濕耦合循環(huán)后，輕組分揮發(fā)或向重組分轉(zhuǎn)化，重組分占比增大，導(dǎo)致膠漿內(nèi)部分子間的運(yùn)動(dòng)阻力增大，黏度增大，在溫差越大的區(qū)間內(nèi)循環(huán)，反應(yīng)速率越快。

Arrhrenius方程可以用來表征不同溫度下化學(xué)反應(yīng)速率的變化關(guān)系。SBS改性瀝青膠漿在進(jìn)行溫濕耦合循環(huán)過程中進(jìn)行了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，黏度發(fā)生變化，可以通過建立以黏度為參數(shù)的Arrhrenius方程來表征SBS改性瀝青膠漿在溫濕耦合循環(huán)過程中的反應(yīng)進(jìn)程。

通過Arrhrenius方程可以列出SBS改性瀝青膠漿黏度與溫度之間的關(guān)系為

lg（η（θ））=lg K+Eη/（2.303Rθ）。（2）

式（2）中：η（θ）為溫度θ時(shí)的黏度；K為材料常數(shù)；R為玻爾茲曼常數(shù)；Eη為瀝青黏流活化能。

黏流活化能是指高分子材料在流動(dòng)過程中，流動(dòng)單元（即分子鏈段）用于克服位壘，由原位置躍遷到附近“空穴”所需的最小能量。瀝青黏流活化能Eη能夠表征瀝青膠漿流動(dòng)的難易程度和溫度敏感性［15］。根據(jù)式（2），對(duì)lg（η（θ））和1/θ作圖，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，所得直線斜率為Eη/（2.303R），即可得到Eη值。瀝青黏流活化能計(jì)算結(jié)果，如表3所示。表3中：N為循環(huán)次數(shù)；R2為決定系數(shù)。

由表3可知：在不同溫濕耦合循環(huán)次數(shù)下，SBS改性瀝青膠漿的lg（η（θ））與1/θ有良好的線性關(guān)系，決定系數(shù)R2均大于0.990，P值均小于0.05，表明回歸方程與試驗(yàn)結(jié)果之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在不同循環(huán)溫度區(qū)間內(nèi)，隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，黏流活化能Eη值均呈上升趨勢(shì)，但增幅存在差異；在-20～60 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿的Eη增幅最大，其12次循環(huán)后的Eη達(dá)到了77.79 kJ·mol-1，在-20～40 ℃，0～60 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的瀝青膠漿的Eη增幅次之，在0～40 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的瀝青膠漿的Eη增幅最小，其12次循環(huán)后的Eη為76.23 kJ·mol-1。這可能是因?yàn)镾BS改性瀝青膠漿經(jīng)過溫濕耦合循環(huán)后，SBS改性瀝青膠漿在高溫、高濕環(huán)境下生成亞砜基等極性含氧官能團(tuán)，相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力變大，導(dǎo)致瀝青分子流動(dòng)所需的能量變大；同時(shí)，SBS改性瀝青膠漿在高溫、高濕環(huán)境下，組分發(fā)生變化，輕質(zhì)組分一部分揮發(fā)，一部分轉(zhuǎn)化為重組分，瀝青變稠，改性劑與瀝青間的作用力及界面粘滯作用變強(qiáng)，瀝青材料運(yùn)動(dòng)時(shí)需要克服的能壘越高，因此，經(jīng)過溫濕耦合循環(huán)后黏流活化能上升。

2.3 抗斷裂性能變化

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在-20～60 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿的性能變化最顯著，因此，選取-20～60 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿作為研究對(duì)象。根據(jù)雙邊缺口拉伸試驗(yàn)結(jié)果，繪制不同韌帶寬度的SBS改性瀝青膠漿的荷載-位移曲線，如圖7所示。圖7中：Pa為荷載；Δ為位移；L為試件的韌帶寬度。

SBS改性瀝青膠漿總斷裂功主要由基本斷裂功和塑性變形功組成，可由荷載-位移曲線面積確定，其表達(dá)式為

Wt=We+WP=we×LB+βwP×BL2。（3）

式（3）中：Wt為總斷裂功；We為基本斷裂功；WP為塑性變形功；we為斷裂比基本功；wP為斷裂比塑性功；B為試樣厚度；β為描述塑性區(qū)形狀的幾何特征參數(shù)。

wt=Wt/BL。（4）

聯(lián)立式（3）和式（4），可得

wt=we+βwP×L。（5）

式（5）中：wt為總比斷裂功。

根據(jù)式（5）對(duì)wt斷裂比基本功和韌帶寬度L進(jìn)行線性擬合，得到的直線截距為we，斜率為βwP。

根據(jù)韌帶寬度5 mm的膠漿試件的峰值荷載和試樣的幾何尺寸，計(jì)算得到試件凈截面應(yīng)力為

σn=Ppeak/（B L）。（6）

式（6）中：σn為凈截面應(yīng)力；Ppeak為峰值荷載；B表示韌帶寬度為5 mm試件的平均厚度；L表示韌帶寬度為5 mm試件的實(shí)測(cè)平均韌帶寬度。

試件的臨界裂紋尖端位移（CTOD）的計(jì)算式為

δt=we/σn。（7）

式（7）中：δt為裂紋尖端張開位移，即CTOD。由于CTOD值與瀝青混合料疲勞性能之間有高相關(guān)性［16-17］，因此，CTOD值能夠表征瀝青的中溫抗斷裂性能。

由圖7可知：SBS改性瀝青膠漿的荷載-位移曲線變化呈現(xiàn)3個(gè)階段，第1階段隨著位移的緩慢增加，荷載迅速增大；第2階段在到達(dá)屈服荷載后，試件拉伸位移持續(xù)增加，但荷載緩慢下降；第3階段荷載急劇下降至試件斷裂。這可能是SBS改性劑在膠漿內(nèi)部形成的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)引起的。

不同循環(huán)次數(shù)下SBS改性瀝青膠漿的DENT結(jié)果，如表4所示。由圖7和表4可知：隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青膠漿失效變形降低，峰值荷載增加，說明溫濕耦合循環(huán)后，SBS改性瀝青膠漿變硬，延展性變差。

由表4可以看出：SBS改性瀝青膠漿CTOD隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加而減小，CTOD 越低，瀝青膠漿越接近脆性狀態(tài)，更容易遭受到永久性損傷，溫濕耦合循環(huán)作用削弱了SBS改性瀝青膠漿的中溫抗斷裂性能，循環(huán)次數(shù)越多，效果越顯著，這與峰值荷載和失效變形的分析結(jié)果一致。原因可能是一方面在溫度和濕度的共同作用下，SBS改性瀝青膠漿內(nèi)部孔隙數(shù)量變多、孔徑增大，進(jìn)而為水進(jìn)入膠漿內(nèi)部提供通道，最終破壞膠漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)；另一方面，SBS改性瀝青膠漿中的親水極性分子和一些水溶性物質(zhì)與水結(jié)合，導(dǎo)致膠漿變脆變硬［18-19］。

2.4 化學(xué)成分變化

采用傅里葉變換紅外光譜儀分別對(duì)SBS改性瀝青、石灰石礦粉和SBS改性瀝青膠漿，以及不同循環(huán)溫度下循環(huán)12次后的SBS改性瀝青膠漿進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果分別如圖8，9所示。圖8，9中：A為吸光度；ν為波數(shù)。

SBS改性瀝青膠漿并沒有產(chǎn)生新的特征吸收峰，其特征吸收峰是SBS改性瀝青和石灰石礦粉的特征吸收峰的疊加，表明石灰石礦粉與SBS改性瀝青主要通過物理吸附接觸，沒有發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)合圖8可知，在溫濕耦合循環(huán)作用下，石灰石礦粉的化學(xué)成分穩(wěn)定，瀝青膠漿的特征官能團(tuán)的變化主要是因?yàn)闉r青的特征官能團(tuán)發(fā)生變化，因此，可以用瀝青的特征官能團(tuán)變化率來表征溫濕耦合循環(huán)作用對(duì)瀝青膠漿的影響。

1 700 cm-1處的羰基吸收峰、1 031 cm-1處的亞砜基吸收峰和966 cm-1處丁二烯吸收峰的變化可以用來表征SBS改性瀝青老化程度［20-22］。根據(jù)朗伯-比爾定律，選取波長(zhǎng)范圍2 000～600 cm-1的瀝青指紋區(qū)域峰面積和作為基準(zhǔn)，計(jì)算循環(huán)前、后膠漿的羰基指數(shù)（IC=O）、丁二烯指數(shù)（IB）、亞砜基指數(shù)（IS=O）。IC=O，IB，IS=O的計(jì)算式分別為

IC=O=A1 700/∑A2 000～600，（8）IB=A966/∑A2 000～600，（9）IS=O=A1 031/∑A2 000～600。（10）

式（8）～（10）中：A2 000～600為選取波長(zhǎng)范圍2 000～600 cm-1的瀝青指紋區(qū)域峰面積和，即

A2 000～600=A1 600+A1 456+A1 376+A1 162+A1 031+A966+A861+A810+A744+A722。

對(duì)溫濕耦合循環(huán)前、后的SBS改性瀝青膠漿的化學(xué)成分變化進(jìn)行定量分析［23-24］，結(jié)果如表5所示。

結(jié)合圖9和表5可知：溫濕耦合循環(huán)前、后的SBS改性瀝青膠漿在波長(zhǎng)1 700 cm-1處均沒有發(fā)現(xiàn)羰基吸收峰，可能是因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)置的溫濕耦合變化較溫和，羰基生成數(shù)量較少，未被檢測(cè)到。在不同溫度循環(huán)區(qū)間下，SBS改性瀝青膠漿的IS=O具有相同的變化趨勢(shì)，隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，IS=O值不斷增大，與未循環(huán)的瀝青膠漿相比，-20～60 ℃，-20～40 ℃，0～60 ℃，0～40 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)12次后的瀝青膠漿的IS=O分別增大了94.30%，52.88%，50.37%，53.12%，溫濕耦合循環(huán)作用后SBS改性瀝青膠漿的亞砜基含量增加。溫濕耦合循環(huán)次數(shù)和溫度差的增加會(huì)不同程度地加劇SBS改性瀝青膠漿的老化，這與前期常規(guī)試驗(yàn)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)及DENT試驗(yàn)的結(jié)果相吻合。這是因?yàn)闉r青膠漿在高溫和有氧的作用下，形成氫過氧化物，其作為氧化劑，將瀝青分子中的硫醚、硫醇等含硫官能團(tuán)氧化成亞砜基官能團(tuán)。

而隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，IB值呈下降趨勢(shì)，-20～60 ℃區(qū)間內(nèi)循環(huán)的瀝青膠漿的IB值降幅最大，達(dá)到58.89%。表明SBS改性劑在溫濕循環(huán)作用下發(fā)生了降解，水分子與SBS聚合物分子相互作用，加速了SBS改性劑中聚丁二烯鏈段中C=C雙鍵斷裂，破壞了SBS形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

1） 溫濕耦合循環(huán)作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SBS改性瀝青膠漿的物理指標(biāo)發(fā)生變化，主要變現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度增加，延度降低，軟化點(diǎn)變化不明顯，黏度下降，瀝青黏流活化能增加。說明SBS改性瀝青膠漿在溫濕耦合循環(huán)環(huán)境下，其宏觀性能指標(biāo)發(fā)生劣化，出現(xiàn)流動(dòng)性下降、硬化變脆等老化現(xiàn)象。

2） 當(dāng)溫濕耦合循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，循環(huán)區(qū)間溫度差越大的SBS改性瀝青膠漿老化現(xiàn)象越明顯；在溫差相同的情況下，在更高的溫度區(qū)間內(nèi)循環(huán)的SBS改性瀝青膠漿的高溫抗剪強(qiáng)度和延度變化更顯著。因此，在實(shí)際環(huán)境中應(yīng)該著重關(guān)注瀝青路面在新疆、西藏等大溫差地區(qū)的服役過程中的狀態(tài)。

3） DENT試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫濕耦合循環(huán)次數(shù)的增加，SBS改性瀝青膠漿失效變形，CTOD值降低，峰值荷載增加，說明溫濕耦合循環(huán)作用削弱了SBS改性瀝青膠漿的中溫抗斷裂性能。

4） FITR測(cè)試結(jié)果表明，SBS改性瀝青膠漿在不同溫度區(qū)間的溫濕耦合循環(huán)作用下，1 700 cm-1處沒有出現(xiàn)羰基吸收峰，可能是由于試驗(yàn)環(huán)境對(duì)于羰基的生成來說較為溫和；表征SBS改性瀝青膠漿老化的亞砜基指數(shù)上升，丁二烯指數(shù)下降，且循環(huán)區(qū)間的溫度差越大，變化越明顯。溫濕耦合循環(huán)次數(shù)和溫度差的增加會(huì)不同程度地加劇SBS改性瀝青膠漿的老化，F(xiàn)ITR測(cè)試結(jié)果與宏觀性能結(jié)果相符。

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（責(zé)任編輯：" 黃曉楠" 英文審校： 方德平）