本文的主要作者为Panfeng Du、Zihao Chen和Henglong Zhang，他们来自湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室。该研究发表于Construction and Building Materials期刊2019年第200卷，第1至9页，文章于2018年10月13日收稿，2018年12月13日修回，2018年12月14日接收，2018年12月20日在线发表。

本研究属于道路建筑材料领域，具体聚焦于沥青结合料的流变学与老化行为。沥青路面在夏季因吸收大量太阳辐射而导致路面温度显著升高，不仅容易引发车辙等高温病害，还会加剧城市热岛效应。传统冷铺装技术通过高反射涂层降低路面温度，但在冬季仍保持高反射性，可能加剧路面低温开裂。为解决这一问题，研究者尝试将热致变色微胶囊（thermochromic microcapsule）引入沥青结合料中。热致变色微胶囊能够根据温度变化动态调节其对太阳辐射的反射率，从而在高温时降低路面吸热，在低温时减少散热。然而，以往研究主要集中于热致变色微胶囊对基质沥青（base asphalt）部分性能的影响，而对改性沥青尤其是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青的影响尚缺乏系统比较。由于SBS改性沥青在实际道路工程中应用更为广泛，而热致变色微胶囊在基质沥青和改性沥青中可能表现出不同作用效果，因此本研究旨在系统比较热致变色微胶囊对基质沥青与SBS改性沥青流变性能和老化行为的影响差异，并探究其作用机理。

在材料准备阶段，研究者选用60/80针入度等级的基质沥青和SBS改性沥青作为基础材料，并选用一种红色热致变色微胶囊作为改性剂。该微胶囊的转变温度为31摄氏度，当温度高于31摄氏度时呈现无色，低于31摄氏度时恢复红色。其核材由3-二乙氨基-6-甲基-7-2,4-二甲苯胺基荧烷（隐色剂）、双酚A（显色剂）和硬脂酸甲酯（溶剂）组成，壳材为三聚氰胺-甲醛树脂。根据前期的研究结果，选用6%质量分数的红色热致变色微胶囊作为最佳掺量，分别加入熔融状态的基质沥青和SBS改性沥青中。由于SBS改性沥青黏度远高于基质沥青，SBS改性沥青的剪切温度设为180摄氏度，基质沥青的剪切温度设为150摄氏度，均以4000转每分钟的转速剪切1小时以确保微胶囊均匀分散。对照组为未添加微胶囊的基质沥青和SBS改性沥青，经历了相同的剪切处理。由此得到四组沥青结合料：70#、70#RT、SMA和SMART，分别代表未添加和添加红色热致变色微胶囊的基质沥青及SBS改性沥青。老化程序方面，根据ASTM D1754和ASTM D6521分别进行薄膜烘箱试验（TFOT）和压力老化容器（PAV）试验以模拟短期和长期热氧老化，TFOT残留物进一步在500瓦汞灯紫外线照射装置中于60摄氏度下照射6天以模拟光氧老化。同时，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试分析老化前后羰基指数（carbonyl index，CI）的变化以评估老化程度。

在实验方法上，本研究采用了多种流变学测试手段。物理性能测试包括根据ASTM D36、ASTM D5和ASTM D4402分别测试软化点、25摄氏度针入度和135摄氏度黏度。温度扫描（temperature sweep，TS）试验在30至90摄氏度范围内以2摄氏度为步长进行，固定频率为10弧度每秒，以评估不同老化状态下沥青结合料的复数模量和相位角随温度的变化。弯曲梁流变仪（bending beam rheometer，BBR）试验根据ASTM D6648在零下12摄氏度和零下18摄氏度下测试PAV老化样品的蠕变劲度（S）和蠕变速率（m值），用于评价低温性能。多应力蠕变恢复（multiple stress creep recovery，MSCR）试验根据ASTM D7405在60摄氏度下对TFOT和PAV老化样品进行测试，获得不可恢复蠕变柔量（Jnr）和平均恢复率（R），用以评价高温抗车辙性能。线性振幅扫描（linear amplitude sweep，LAS）试验根据AASHTO TP 101-14在25摄氏度下对TFOT老化样品进行测试，通过黏弹性连续损伤模型计算不同应变水平下的疲劳寿命。剪切应力松弛（shear stress relaxation，SSR）试验在5摄氏度下对PAV老化样品施加10%的恒定剪切应变，记录约1000秒内的剪切应力松弛过程，以评价低温抗开裂性能。此外，还通过傅里叶变换红外光谱测试，以1700 cm^-1羰基特征峰面积与多个特征峰总面积的比值计算羰基指数，定量评价老化前后的氧化程度。

研究结果显示，在老化前，热致变色微胶囊作为填料增加了基质沥青和SBS改性沥青的软化点和黏度，降低了针入度，表明其提高了沥青结合料的稠度和流动阻力。温度扫描结果表明，微胶囊使基质沥青的复数模量略微增加、相位角降低，说明其提高了基质沥青的弹性比例和抗剪切能力。但对SBS改性沥青，微胶囊虽也增加了复数模量，却使相位角增大。研究者认为这是因为微胶囊阻碍了SBS中丁二烯嵌段吸收沥青轻组分并形成更强交联网络结构的作用，该效应超过其对沥青分子运动的约束作用，从而导致相反的相位角变化。连续性能分级（PG分级）结果显示，微胶囊降低了基质沥青的高温和低温连续分级温度，而对SBS改性沥青的高温分级温度几乎没有影响，但略微降低了其低温分级温度。MSCR试验结果表明，微胶囊使TFOT和PAV老化后的基质沥青Jnr增大、R减小，说明其在老化后软化了基质沥青并削弱了其抗车辙性能。这归因于微胶囊在老化过程中部分破裂，释放出的硬脂酸甲酯作为一种轻质油分补充了老化沥青中的轻组分，分散了沥青质胶团，降低了劲度。然而，SBS改性沥青加入微胶囊后Jnr和R值几乎无差异，说明微胶囊对SBS改性沥青的抗车辙性能影响很小，因为SBS三维网络结构对弹性的增强作用远大于硬脂酸甲酯的软化作用。LAS试验结果表明，微胶囊能提高基质沥青和SBS改性沥青的疲劳寿命，但对基质沥青的改善效果更为明显。硬脂酸甲酯从破裂微胶囊中释放后可以愈合沥青内部微损伤并阻止裂纹进一步扩展。SSR试验结果显示，微胶囊显著提高了长期老化基质沥青的应力松弛能力，从而改善了其抗开裂性能，但对SBS改性沥青的应力松弛能力几乎没有影响。这同样与SBS中丁二烯嵌段吸收轻组分包括硬脂酸甲酯有关，削弱了硬脂酸甲酯对老化沥青基质的软化作用。

在老化敏感性方面，复数模量老化指数（CMAI）的结果表明，无论基质沥青还是SBS改性沥青，添加微胶囊后的CMAI值均低于未添加微胶囊的对照组，尤其在PAV老化后差异最大，说明微胶囊能显著提高沥青结合料抵抗热氧老化和光氧老化的能力。FTIR测试进一步显示，添加微胶囊的沥青样品在1740 cm^-1处出现明显的硬脂酸甲酯特征峰，SBS改性沥青样品在965 cm^-1处出现丁二烯双键特征峰。羰基指数结果表明，四类沥青结合料在老化后羰基指数均增加，PAV老化后增加最显著；但添加微胶囊的沥青结合料在TFOT、紫外老化和PAV老化后的羰基增量均低于未添加微胶囊的对照组，进一步证实了微胶囊对基质沥青和SBS改性沥青抗热氧老化和光氧老化能力的改善作用。研究指出，微胶囊对SBS改性沥青老化行为的影响机理比基质沥青更为复杂，因为SBS改性沥青含微胶囊体系的老化行为由沥青基体、SBS改性剂和微胶囊三方面因素的共同作用决定。沥青基体随老化进行而逐渐硬化，SBS改性剂在老化作用下逐渐降解为小分子物质从而降低弹性响应和劲度，微胶囊部分破裂释放硬脂酸甲酯作为轻质油分使老化沥青基体软化，同时SBS在高温下会吸收包括硬脂酸甲酯在内的沥青轻组分而溶胀，微胶囊、SBS和沥青分子之间还可能发生缠结，这些因素的耦合共同决定了含微胶囊SBS改性沥青的老化行为。

本文的主要结论是：热致变色微胶囊对基质沥青和SBS改性沥青的影响存在明显差异。对基质沥青而言，微胶囊削弱了其抗车辙性能，但显著改善了疲劳、抗开裂和抗老化性能。对SBS改性沥青而言，微胶囊对其抗车辙性能和抗开裂性能几乎没有影响，但仍能改善疲劳和抗老化性能。相比基质沥青，微胶囊对SBS改性沥青的作用机理更为复杂，主要原因在于SBS改性剂的存在及其与微胶囊和沥青基体的相互作用。本研究的意义在于，首次系统比较了热致变色微胶囊对基质沥青和SBS改性沥青流变及老化行为的影响差异，揭示了微胶囊在不同沥青体系中的作用规律，为热致变色微胶囊在改性沥青中的应用提供了理论依据和实验参考。其研究亮点在于采用了连续PG分级、MSCR、LAS、SSR、温度扫描和FTIR等多种测试手段，从高低温性能、疲劳、抗裂和老化敏感性等多个角度综合评价了微胶囊对沥青结合料性能的影响，并通过对羰基指数的追踪进一步验证了微胶囊提高抗老化能力的作用。此外，作者还提出了未来研究方向，包括通过扫描电子显微镜观察不同老化模式和老化时间下微胶囊的破裂情况，以及研究微胶囊对沥青混合料性能的影响，这些内容为后续研究提供了有价值的建议。