GO及LDHs改性沥青及其混合料耐老化性能研究

发布时间：2020-10-17 22:41

　　 沥青路面中的沥青胶结料在高温生产和自然环境条件下的使用过程中,受热、光、氧等因素的作用,会发生老化变硬,诱发早期病害,危害公路交通安全,减少沥青路面的使用寿命,因此,提高沥青的抗老化性能对于延长沥青路面的使用寿命具有重要的意义。片状结构无机纳米材料对光、氧的渗透具有优良的阻隔作用,被应用于提高沥青的抗老化性能。然而,无机材料与有机沥青材料的相容性较差,难以均匀分散在沥青中,从而减弱了阻隔作用,降低了对沥青耐久性的改善效果。氧化石墨烯(GO)和二苯酮-4插层层状双羟基氢氧化物(BI-LDHs)不仅具有独特的片状纳米结构,还与沥青具有良好的相容性,因此,可利用GO和BI-LDHs来提高沥青的抗老化性能。对比研究GO和BI-LDHs对沥青及其混合料组成结构、路用性能和抗老化性能的影响规律及改性机理,可为利用片状结构无机纳米材料制备具有优良耐久性的沥青路面材料提供理论和技术支撑。本文采用气相色谱和质谱(GC-MS)联用技术、拉曼光谱、棒状薄层色谱-氢火焰离子检测器(TLC-FID)等现代测试手段分析了GO和BI-LDHs耐老化改性剂的材料特性、在沥青中的结构特征以及对沥青化学组成结构的影响。通过对热氧老化(TFOT、PAV)和光氧老化试验前后沥青的胶体结构、物理和流变性能的变化分析,对比研究了GO和BI-LDHs耐老化改性剂对沥青路用性能及抗老化性能的影响规律。最后,研究了GO和BI-LDHs耐老化改性剂对沥青混合料路用性能及抗老化性能的改善作用。主要研究结论如下:(1)微观结构研究发现,GO和BI-LDHs在沥青中能均匀分散,有利于阻隔光和氧的渗透。并且,GO和BI-LDHs耐老化改性沥青的离析软化点差小于0.5°C,具有良好的储存稳定性。(2)GO和BI-LDHs的掺入对沥青四组分的含量影响不大,但其片状结构制约了沥青分子的自由运动,使沥青发生了一定程度的硬化,抗高温车辙性能增强。然而,在100°C以上时,GO在沥青中释放的CO_2气体,使沥青体积膨胀导致粘度降低,可降低沥青的拌和温度。并且GO还可以减小沥青在较低温度范围的G~*,有利于改善其低温抗裂性能。(3)GO和BI-LDHs的掺入使热氧、光氧老化沥青轻质组分向重质组分的转化比例以及胶体的凝胶化指数下降,硬化程度减少。随着GO和BI-LDHs改性剂掺量的增大,沥青抗老化性能增强,在相同掺量下,GO对沥青的抗老化性能的改善效果优于BI-LDHs。(4)GO和BI-LDHs的掺入,改善了沥青混合料的高温性能,增强了沥青混合料的抗老化性能,在相同掺量下,GO对沥青混合料抗老化性能的改善效果优于BI-LDHs。(5)GO和BI-LDHs能够吸收沥青中的轻组分,阻隔氧气(紫外光)、沥青中的可挥发分,延缓沥青老化反应速率,从而提高沥青的抗老化性能。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE626.86
【部分图文】：

图 1-1 沥青应用老化轨迹Fig.1-1Asphalt aging track during serving.2 老化模拟试验道路工程研究人员为研究热氧老化和光氧老化对沥青路用性能的影响，模拟、施工中的热氧老化过程，建立了室内短期老化模拟试验方法，包括沥青薄热试验（TFOT）和沥青旋转薄膜加热试验（RTFOT）；模拟沥青路面使用期长期老化过程，建立了室内模拟长期老化试验方法压力老化容器加速沥青老验（PAV）。大量研究结果表明，TFOT 和 RTFOT 试验能够较好地反应沥青期老化过程，然而，PAV 试验采用高温、高压加速老化方法，模拟沥青在路用过程中的光氧老化，其实质是热氧老化过程，与实际路面使用过程差异较因此，目前研究人员仍在积极探索模拟沥青路面使用过程的紫外光（UV）

图 1-3 单层石墨烯结构示意图Fig. 1-3 Picture of monolayer graphene structureertsO.[61]调查氦原子针对有缺陷的单层石墨烯的渗透性。研究结下，即使是最小的原子（氦原子）也不可能穿过无缺陷的单层 1-4。Bunch J. S[62]研究石墨烯薄膜对气体的阻隔性，结果明能够阻隔包括氦气的标准气体。

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【参考文献】

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本文编号：2845402