【摘要】 本研究通过傅里叶红外光谱技术揭示沥青氧化双阶段特征，阐明氯化铁催化及铜抑制的分子机制，为沥青混凝土抗老化技术提供理论依据，关键词：沥青氧化、红外光谱分析、催化剂、抑制剂、亚砜生成。

【研究背景】

在沥青混凝土生产及再生利用过程中，高温环境下沥青与空气接触引发的氧化老化是制约材料耐久性的关键因素。本研究采用衰减反射模式傅里叶变换红外光谱技术(ATR-FTIR)，首次实现了163℃高温环境下沥青氧化过程的原位监测，揭示了无机成分对老化反应的调控机制。

 

【核心发现】

1.氧化反应双阶段特征

通过红外光谱对比发现（图1），沥青氧化呈现明显的两阶段特征：

  • 初期阶段：硫醇基团(-SH)氧化生成过氧化物
  • 进阶阶段：过氧化物引发亚砜基团(S=O)及羰基化合物生成

不同反应阶段沥青特征官能团红外光谱变化

图 1 原始沥青 (B) 老化过程中各测量点之间光谱变化的表示【1】

 

2.无机成分双向调控

实验对比发现：

  • 促氧化剂：氯化铁(III)水合物使亚砜特征峰强度提升40%
  • 抑制剂：铜颗粒吸附硫醇物质，氧化反应速率降低65%
  • 复合体系：铜铁共存时亚砜生成量减少28%

3.反应路径新认知

提出"硫醇-过氧化物-亚砜"三级反应模型，首次证实：

  • 硫化氢等气态副产物参与反应进程
  • 挥发性有机物释放影响光谱信号解析

 

【技术突破】

本研究创新性地建立高温原位检测系统，成功克服三大技术难点：

  • 气态产物干扰：开发动态背景扣除算法
  • 信号漂移控制：采用双参比池补偿技术
  • 瞬时反应捕捉：毫秒级快速扫描模式

 

【应用价值】

研究结果为沥青混凝土再生技术提供理论支撑：

1.新型抗老化剂开发：铜基复合抑氧材料

2.再生工艺优化：铁污染控制标准制定

3.寿命预测模型：基于亚砜含量的老化程度评估

 

参考文献：【1】Makowska M, Hartikainen A, Pellinen T. The oxidation of bitumen witnessed in-situ by infrared spectroscopy[J]. Materials and structures, 2017, 50: 1-17.

【2】. Petersen JC (ed) (2001) A review of the fundamentals ofasphalt oxidation. Chemical physiochemical, physicalproperty, and durability relationship, Transportation Research Circular E-C140. Transportation Research Board,Washington, DC

 

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