Analiza możliwości wykorzystania mapowania techniką FTIR do oceny kompatybilności asfaltów z kopolimerem SBS

Popularyzatorski opis rezultatów działania naukowego

Asfalty modyfikowane polimerami to materiały szeroko stosowane w budownictwie drogowym, ponieważ dzięki dodatkowi polimeru zyskują lepszą trwałość i odporność na działanie czynników eksploatacyjnych. Kluczowym wyzwaniem jest jednak to, czy asfalt i polimer są ze sobą kompatybilne, czyli czy tworzą stabilną i jednorodną mieszaninę. Od tego zależy jakość i żywotność nawierzchni drogowych. W ramach projektu sprawdzono, czy do oceny tej kompatybilności można wykorzystać nowoczesną technikę spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR) z funkcją mapowania. Zastosowanie tej metody pozwala bowiem nie tylko analizować wybrane punkty próbki, ale także zobaczyć, jak rozkłada się polimer w całej jej objętości. To oznacza możliwość znacznie dokładniejszej oceny, czy układ asfalt–polimer jest jednorodny, czy też ulega rozdzieleniu na warstwy.

Do badań przygotowano próbki dwóch rodzajów asfaltów bazowych (160/220 oraz 35/50), które modyfikowano trzema różnymi typami polimeru styren-butadien-styren (SBS): liniowym, radialnym oraz o wysokiej zawartości grup winylowych. Stopień modyfikacji wynosił od 2% do 10% wagowo. W pierwszym etapie wykonano standardowe badania laboratoryjne (penetracja, temperatura mięknienia, test stabilności składowania), a następnie analizy FT-IR, w tym mapowanie powierzchni próbek.

Uzyskane wyniki pokazały, że:

• tradycyjne testy dobrze wykrywają problemy z kompatybilnością, ale FT-IR dostarcza dodatkowych informacji o rozkładzie polimeru;
• metoda mapowania FT-IR skutecznie potwierdza występowanie separacji faz i pozwala na ocenę homogeniczności mieszaniny;
• kompatybilność zależy zarówno od rodzaju asfaltu bazowego, jak i struktury samego polimeru – np. asfalt 160/220 okazał się stabilny z wszystkimi testowanymi polimerami, podczas gdy asfalt 35/50 wykazywał problemy przy wyższych dawkach polimeru;
• niektóre typy polimerów (np. radialny SBS) były mniej stabilne i powodowały segregację już przy niższych zawartościach.

Co istotne, metoda FT-IR pozwoliła obserwować całą powierzchnię próbki, a nie tylko wybrane miejsca, dzięki czemu dostarczyła pełniejszego obrazu badanych układów niż dotychczas stosowane analizy punktowe. Projekt miał znaczenie nie tylko praktyczne, ale i naukowe. Badania pokazały, że mikroskopia FT-IR może być wartościowym narzędziem diagnostycznym w technologii asfaltów modyfikowanych polimerami, a w przyszłości może znaleźć zastosowanie także w innych dziedzinach badań materiałowych.

To działanie naukowe zostało sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu MINIATURA 8, numer grantu: 2024/08/X/ST11/00606.

dr inż. Maria Ratajczak