Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料低温性能影响研究

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　　摘  要：通过在基质沥青中添加不同掺量Irganox 1010制备AC-16改性纤维沥青混合料，进行低温间接拉伸试验，分析Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料低温性能的影响。结果表明：Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料破坏应变和模量的影响相较于劈裂抗拉强度更为显著。其中，破坏劲度模量随Irganox 1010掺量提高呈线性增长趋势，当掺量为1%时破坏拉伸应变最大，而劈裂抗拉强度指标随Irganox 1010掺量变化不明显。综合分析玻璃纤维沥青混合料低温性能指标，为实现其良好的低温路用性能，建议工程实际应用中Irganox 1010掺量为1%为宜。
　　关键词：低温性能;间接拉伸试验;玻璃纤维沥青混合料;Irganox 1010
　　中图分类号：U416.217      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）16-0010-04
　　Abstract： Ac-16 modified fiber asphalt concrete was prepared by adding different amounts of Irganox 1010 to the matrix asphalt. The indirect tensile test at low temperature was conducted to analyze the influence of antioxidant on the low temperature performance of glassfiber asphalt concrete. The results showed that the effect of Irganox 1010 on the failure strain and modulus of glass fiber asphalt concrete was more significant than that on the splitting tensile strength. Among them， the failure stiffness modulus increased linearly with the increase of Irganox 1010 content. When the content was 1%， the failure tensile strain reached its maximum， while the splitting tensile strength index did not change significantly with the content of antioxidant. Based on the comprehensive analysis of the low temperature performance index of glassfiber asphalt concrete， it is recommended that the content of Irganox 1010 should be 1% in the practical application of the project in order to achieve its good low temperature road performance.
　　Keywords： low temperature performance; indirect tensile test; glassfiber asphalt concrete; Irganox 1010
　　1概述
　　沥青混合料路面因具有良好的行车舒适性、稳定性和噪声小等特点，被广泛应用于道路工程中[1]。但沥青作为一种胶黏剂在道路服役过程中易受热、氧、紫外光等环境因素影响，发生老化现象导致其性能下降，宏观上表现为沥青混合料路用性能降低。研究人员大多通过在沥青中添加外掺剂制备改性沥青来达到提高沥青抗老化性能的目的。Irganox 1010作為一种受阻酚抗氧剂，因其与沥青相容性好、挥发性低、熔融温度接近[2]，被广泛应用于沥青抗老化研究。Marcato[3]，Morandim-Giannetti[4]研究表明Irganox 1010可有效延缓橡胶等聚合物材料的热氧反应速率，从而达到延长使用年限的目的。Feng[5]研究了不同抗氧剂对基质沥青老化性能影响，发现Irganox 1010能一定程度提高沥青抗热氧老化能力。吴伟飞[6]通过在SK-70#沥青中添加不同掺量Irganox 1010制备抗氧剂改性沥青，进行长短期热氧老化试验以及紫外加速老化试验，分析沥青老化前后物理指标变化并且使用软化点增量和粘度老化指数评价抗氧剂对沥青老化性能的影响，确定了Irganox 1010的最佳掺量为0.6%。Apeagyei[2]通过旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）和压力老化试验（PAV）研究不同抗氧剂对沥青长短期老化性能影响，发现Irganox 1010能提高沥青低温抗裂性能，但并未具体研究Irganox 1010对沥青混合料低温路用性能影响。目前，研究人员大多停留在Irganox 1010与沥青作用效果研究，对其与沥青混合料作用影响研究甚少。基于此，本文通过在基质沥青中添加不同掺量的Irganox 1010制备改性沥青，制作标准马歇尔试件进行低温间接拉伸试验，系统研究了Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料低温性能的影响，并确定Irganox 1010最佳掺量，为今后工程实际应用提供参考依据。
　　2 原材料与工艺方法
　　2.1 原材料
　　试验所用改性沥青通过在AH-70#基质沥青中分别加入1%，5%，10%的Irganox 1010剪切制得，其中基质沥青主要技术指标见表1，Irganox 1010如图1所示。纤维根据朱春凤、黄珊[7-8]等人的研究成果选取掺量为0.2%的短切12mm玻璃纤维。混合料级配类型为AC-16密级配沥青混合料，级配曲线如图2所示，通过马歇尔试验综合考虑混合料空隙率、稳定度、流值等指标确定其最佳油石比为4.6%，将其作为玻璃纤维沥青混合料最佳油石比。 　　2.2 改性沥青制备工艺
　　Irganox 1010改性沥青采用湿法工艺制备，将基质沥青加热到流动状态，然后将其倒入已保温至130℃的反应釜中，启动剪切机，转速控制在4000～4500rad/min，搅拌1分钟后缓慢添加Irganox 1010，掺量分别为1%，5%，10%，同时转速提高到5000rad，直至沥青与抗氧剂溶合充分，为减少剪切过程中沥青老化，总的搅拌时间应控制在15分钟左右。另外，对基质沥青做相同处理，作为对照组。改性沥青制备完成后贴上标签，留存备用，图3为掺加Irganox 1010剪切完成后改性沥青。
　　3 试验方法
　　采用间接拉伸试验评价玻璃纤维沥青混合料的低温性能，按Irganox 1010掺量0%，1%，5%，10%共分为4组，由最佳油石比4.6%以及玻璃纤维掺量0.2%制作标准马歇尔试件，每组4个，温度选取-10℃，加载速率1mm/min，按下式计算劈裂抗拉强度，破坏拉伸应变：
　　 式中：RT为劈裂抗拉强度，MPa;PT为试验荷载的最大值，N;h为试件高度，mm;εT为破坏拉伸应变;XT为最大破坏荷载时试件水平方向的总变形;YT为最大破坏荷载时试件垂直方向的总变形;μ为泊松比，按规范取0.25。图4为间接拉伸试验过程。
　　4 间接拉伸试验结果分析
　　不同Irganox 1010掺量条件下，玻璃纤维沥青混合料的低温间接拉伸试验结果如图5所示。
　　由图5（a）看出，随Irganox 1010掺量增加，玻璃纤维沥青混合料的破坏拉伸应变表现出先增大后减小的变化趋势。同基质沥青混合料相比，Irganox 1010掺量为1%时，破坏应变提高6.7%，而掺量为5%和10%时，其破坏应变反而下降10.7%和14.4%。表明玻璃纤维沥青混合料中Irganox 1010掺量并非越大越好，而是存在一个性能最佳掺量，因此考虑破坏拉伸应变指标，推荐Irganox 1010掺量为1%为宜。
　　由图5（b）看出，掺加Irganox 1010后，玻璃纤维沥青混合料的劈裂抗拉强度都有一定程度的提高，但变化幅度不明显。相较于基质沥青混合料，掺加1%Irganox 1010，劈裂抗拉强度由2.94MPa提高到2.99MPa，提升幅度仅为1.7%，而掺加5%和10%Irganox 1010后，劈裂抗拉强度分别提高5.8%和2.7%。说明Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料的劈裂抗拉强度指标改善作用并不明显。
　　由图5（c）看出，玻璃纤维沥青混合料低温破坏劲度模量与Irganox 1010掺量呈良好的线性关系，二者拟合公式为：y=31.29x+985.09，R2=0.98。随着Irganox 1010掺量增加，玻璃纤维混合料破坏劲度模量不断提高，说明Irganox 1010加入会使纤维沥青混合料在低温条件下变硬变脆，这不利于其低温性能发挥。因此，玻璃纤维沥青混合料中Irganox 1010掺量不宜过大，且应该综合考虑玻璃纤维沥青混合料低温性能指标选取Irganox 1010剂最佳掺量。
　　通过综合分析不同掺量Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料低温性能指标的影响，当玻璃纤维混合料掺有1%Irganox 1010时，其低温破坏拉伸应变最大，甚至较掺有10%Irganox 1010的破坏应变提高24.7%。另外，掺有1%Irganox 1010的玻璃纤维沥青混合料低温破坏模量与基质沥青混合料相近且远小于掺有5%和10%Irganox 1010的玻璃纤维沥青混合料，并且其劈裂抗拉强度较基质沥青混合料有一定程度提升。因此，综合分析玻璃纤维沥青混合料低温性能指标，选取Irganox 1010的最优掺量为1%。
　　5 结束语
　　本文通过低温间接拉伸试验，评价0%，1%，5%，10%不同掺量Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料低温性能的影响，结论如下：
　　（1）玻璃纤维沥青混合料破坏劲度模量与Irganox 1010掺量呈良好的正相关线性关系，二者拟合公式为：y=31.29x+985.09，R2=0.98。相较于基质沥青混合料，掺加1% Irganox 1010的玻璃纤维沥青混合料破坏拉伸应变提高了6.7%，而掺加5%和10% Irganox 1010的破坏应变分别降低10.7%，14.4%。另外，Irganox 1010对玻璃纤维沥青混合料劈裂抗拉强度影响并不显著。
　　（2）综合考虑玻璃纤维沥青混合料低温性能指标，建议选取Irganox 1010掺量为1%为宜。
　　参考文献：
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　　[2]Apeagyei A K. Laboratory evaluation of antioxidants for asphalt binders[J]. Construction and Building Materials， 2011， 25（1）：47-53.
　　[3]Marcato B， Guerra S， Vianello M， et al. Migration of antioxidant additives from various polyolefinic plastics into oleaginous vehicles[J]. International Journal of Pharmaceutics （Kidlington）， 2003， 257（1-2）：217-225.
　　[4]Andréia A. Morandim-Giannetti， José Augusto M. Agnelli， Bruno Z. Lancas， et al. Lignin as additive in polypropylene/coir composites： Thermal， mechanical and morphological properties[J]. Carbohydrate Polymers， 2012 （87）：2563-2568.
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　　[6]吳伟飞.层状双金属氢氧化物/受阻酚抗氧剂改性沥青的制备与性能研究[D].武汉：武汉理工大学， 2016.
　　[7]朱春凤.玻璃纤维改善沥青混合料性能的理论与实验研究[D].长春：吉林大学，2007.
　　[8]黄珊.玻璃纤维增强沥青混合料效果分析与试验研究[D].长春：吉林大学，2009.
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