彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR谱图见图1,试验数据回归分析结果见表2.由图1及表2试验结果分析可知,彩色沥青与道路石油沥青的主要官能团相同,由以苯环结构为主的芳香族化合物及脂肪族碳氢化合物组成^[6-7],其官能团的峰值变化主要集中在两个区域:① 1 160～3 100 cm^-1为特征区,在3 010与3 050 cm^-1之间是芳香族的伸缩振动,在2 840及2 950 cm^-1的强吸收峰是环烷烃和烷烃的C—H键伸缩振动的结果.强吸收峰2 920 cm^-1处为亚甲基—CH₂—反对称伸缩振动峰,2 850 cm^-1处为其对称伸缩振动峰.在1 160～1 700 cm^-1内,主要由—CH₃和—CH₂—面内伸缩振动形成^[8].其中,强吸收峰1 456及1 735 cm^-1处对应为烷烃碳链中C—CH₃甲基键变形震动引起; 1 600、1 735 和1 700 cm^-1附近,主要由石油C= C共轭双键骨架震动峰及C= O键的伸缩振动峰引起.② 650～1 160 cm^-1为指纹区,分650～920 cm^-1和920～1 160 cm^-1两部分.主要是由烷烃、烯烃支链以及苯环外面不同的C—H键弯曲震动引起.其中,720、750、812和864 cm^-1处4 个小峰对应芳香族分子的特征峰,道路石油沥青比彩色沥青峰值强度高; 968 cm^-1处主要为烯烃类化合物的C= C键^[9],彩色沥青峰值比道路石油沥青明显,是由于彩色沥青掺加的少量改性剂引起; 1 030 cm^-1处的特征吸收峰为亚砜基S= O伸缩振动,与氧化的芳香族化合物有关,道路石油沥青峰值强度相比彩色沥青高.

图1 彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR谱图
Fig.1 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt

表2 彩色沥青与道路石油沥青的FT-IR分区对比
Table 2 FT-IR partition contrast for road petroleum asphalt and colored asphalt

结合表2峰值面积计算结果可知,彩色沥青和道路石油沥青相比,两个特征区主要峰形表现一致,无明显差异,而指纹区区别较大.650～920 cm^-1范围道路石油沥青面积约为彩色沥青的2倍,而920～1 160 cm^-1范围彩色沥青面积约为道路石油沥青的2倍.

彩色沥青和道路石油沥青老化前后的FT-IR谱图见图2,试验数据回归分析结果见表3.由图2及表3可知,经过短期老化后,在主要由O—H的伸缩振动、芳香环的C= O 及C—O的弯曲振动一起形成的16 00～1 700 cm^-1内的几个吸收区域,及指纹区650～1 160 cm^-1代表芳香族面外的吸收区域发生变化,峰值增强.对比老化前后的红外谱图,彩色沥青和道路石油沥青的FT-IR谱图特征区及指纹区峰形特征明显,对比结果和老化前一致,峰宽及峰强变化不大,峰位置也未发生明显移动^[10-11].因此,指纹区峰形可用于区别彩色沥青道路石油沥青类型.

图2 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的FT-IR图
Fig.2 FT-IR spectra of road petroleum asphalt and colored asphalt after short-term aging

表3 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的FT-IR分区对比
Table 3 FT-IR partition contrast for road petroleum asphalt and colored asphalt after short-term aging

彩色沥青和道路石油沥青短期老化后FT-IR分区相对面积衰变率见表4,组分的变化率见表5,常规性能指标的变化率见表6.

由表4至表6可知,短期老化后,彩色沥青和道路石油沥青的老化呈现出基本相似的变化规律.沥青红外光透射率有一定程度提高,组分比例发生变化,芳香分含量明显减少,树脂含量增加,沥青变硬,针入度降低到老化前的60%～75%,基质沥青延度值下降至老化前的30%左右,彩色沥青延度下降到老化前的70%左右^[12-14].

表4 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的FT-IR分区面积衰变率
Table 4 FT-IR partition contrast for road petroleum asphalt and colored asphalt before & after short-term aging %

表5 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的组分变化率
Table 5 Changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt components before & after short-term aging %

表6 彩色沥青与道路石油沥青短期老化后的性能变化率
Table 6 Performance changing ratio of road petroleum asphalt & colored asphalt before & after short-term aging %

沥青的老化是沥青分子中活性基团裂解产生的自由基与氧反应的自氧化过程.沥青的双键在氢过氧化物的作用下与硫醇官能团反应生成硫醚官能团,沥青中的硫醚、硫醇官能团被氧化成亚砜官能团^[15-16].沥青在短期老化前便在1 030 cm^-1处出现了较弱的亚矾官能团,这与沥青本身是一个混合物以及沥青在使用过程中的加热有关,经过老化后其峰更加尖锐.此外沥青中的不稳定成分在老化过程中易发生分解,转化生成含碳基官能团的组分,沥青中的烷烃、烯烃支链以及芳香苯环等指纹区的相关官能团的变化多是此因素造成的^[17].

综上所述,老化后彩色沥青指纹区面积的变化与沥青的组分变化及性能衰变相关,研究彩色沥青指纹区与性能变化规律对进一步研究和评价其性能具有现实意义.