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LDHs的组成、粒径和晶体规整度对沥青性能的影响研究

发布时间:2020-04-29 07:22
【摘要】:沥青以其优良的路用性能被广泛应用于道路建设,但是沥青在使用过程中,受热、氧和紫外光等的作用易发生老化,引起其物理性能和流变性能劣化,这严重影响了沥青路面的使用寿命。层状双羟基复合金属氢氧化物(LDHs)因其多级层状结构从而具有优异的紫外反射和吸收作用,已被用于提高沥青的耐紫外老化性能。由于LDHs的层板金属元素组成、粒径大小以及其晶体规整度均具有可调控性,而这些因素对LDHs的紫外反射和吸收能力有一定的影响,因此研究LDHs的层板金属元素组成、粒径大小和晶体规整度对沥青性能的影响规律对于进一步提高LDHs改性沥青的耐紫外老化性能具有重要意义。本文选用不同组成和粒径的LDHs,并通过焙烧还原和硝酸处理得到不同晶体规整度的LDHs,利用X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、激光粒度分析仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、Zeta电位分析仪和紫外-可见分光光度计(UV-vis)对不同组成和粒径及晶体规整度的LDHs进行表征,采用熔融共混法制备了LDHs改性沥青,通过紫外老化前后的性能测试和化学结构分析研究了不同层板组成、粒径和晶体规整度的LDHs对沥青物理性能、流变性能及耐紫外老化性能的影响。主要研究结论如下:(1)对于不同层板组成的Mg_6Al_3Zn_2-LDHs、Mg_3Al-LDHs和Mg_2Al-LDHs,UV-vis测试结果表明Mg_6Al_3Zn_2-LDHs对紫外光的反射和吸收能力均最强,其原因在于主体层板引入的Zn元素降低了LDHs的禁带宽度,增强了其紫外屏蔽能力。不同层板组成的LDHs改性沥青老化前后性能测试也表明,Mg_6Al_3Zn_2-LDHs可很好地抑制沥青老化过程中物理和流变性能的劣化,对沥青耐紫外老化性能的提高效果最好。(2)SEM分析表明三种Mg_2Al-LDHs的粒径分别为75nm、115nm和180nm。UV-vis测试显示粒径为180nm的LDHs对紫外线的反射能力最强,粒径为115nm的LDHs次之。不同粒径LDHs改性沥青老化前后的物理和流变性能测试发现,粒径为180nm的Mg_2Al-LDHs有效减缓了紫外线对沥青性能的影响,显著提高了沥青的耐紫外老化能力。(3)通过焙烧还原和硝酸处理制备了不同晶体规整度的Mg_2Al-LDHs,SEM和XRD分析表明焙烧后的LDHs层状结构消失,粒子出现团聚,而焙烧还原后的LDHs恢复了层状结构,但晶体规整度下降,边缘出现翘曲状;TEM显示硝酸处理的LDHs在小范围内出现晶格排列不规则,产生了晶格缺陷,XPS和Zeta电位测试表明硝酸处理使LDHs的层板羟基数量减少,Zeta电位升高,分散性变好。UV-vis测试表明,相比于原始LDHs,焙烧还原的LDHs对紫外线的反射能力下降,而硝酸处理的LDHs对紫外线的吸收能力明显提高,紫外屏蔽能力增强。这是因为E-LDHs层板产生了缺陷,无序性增加,能带结构被破坏,紫外吸收能力明显升高。对LDHs改性沥青紫外老化前后的性能测试表明,硝酸处理减小了LDHs对沥青物理性能的影响,有利于改善沥青紫外老化后的物理性能和流变性能。(4)FTIR分析表明基质沥青紫外老化前后的羰基(C=O)和亚砜基(S=O)分别增长了8.8倍和1.2倍,而三种层板组成的LDHs中,Mg_6Al_3Zn_2-LDHs改性沥青老化后的羰基指数和亚砜基指数增长最小,羰基和亚砜基指数仅分别增长了5.4倍和0.4倍,三种粒径的LDHs中,粒径为180nm的LDHs改性沥青老化后羰基和亚砜基指数增幅最小,仅增长了4.6和0.3倍。不同晶体规整度的LDHs中,硝酸处理后的LDHs改性沥青老化前后的羰基指数和亚砜基指数的增加程度最小。这与不同层板组成、粒径和晶体规整度的LDHs对沥青耐紫外老化性能的影响规律相一致。
【图文】:

结构图,结构图,层板,双羟基


1.4 LDHs 的组成结构及在沥青中的应用进展1.4.1 LDHs 的组成与结构层状双羟基复合金属氢氧化物(LDHs)[41-43],其结构与水镁石Mg(OH)2类似,由MO6八面体共用棱边形成层板结构,如图1-1所示[44]。层板是由Mg2+、Zn2+、Al3+等二价或三价金属阳离子构成,层间的NO3-、CO32-等阴离子与层板正电荷平衡,使其为电中性,,另外,层间存在的部分水分子 起 着 平 衡 作 用 并 且 在 一 定 的 条 件 下 可 以 除 去 。 其 组 成 可 表 示 为[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-x/n)·H2O。

原理图,吸收作用,原理图,层板


图1-2 LDHs对紫外线的反射-吸收作用的原理图LDHs结构中,层板阳金属离子的种类和比例在很大范围实际需要改变M2+与M3+投料比,对金属阳离子的种类从而制备出不同功能的LDHs。林彦军[45]用成核/晶化隔s,调变其主体层板的金属元素,研究了不同的LDHs对结果表明当LDHs中层板上Mg元素的含量降低时,有利,其层板上Mg/Al的最佳比例为2,而层板上“Zn”的引能力,但Zn的含量过多会引起“锌烧”现象,其最佳比小博[46]采用离子交换法将2 (2 羟基 4 氨基苯基) 5 ASB)插入不同摩尔比的Mg/Zn/Al的LDHs层间,并将其研究该改性涂料的紫外屏蔽能力。结果表明,HASB成CO32-,且成功插层后的LDHs结构完整、分散性好,其当LDHs的层板Mg/Zn/Al摩尔比为1:2:1时,掺入已插层H料的紫外吸收强度最高。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TE626.86

【参考文献】

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本文编号:2644359

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