傅里叶红外光谱技术在沥青材料中的应用研究进展

综述了傅里叶红外光谱技术在沥青材料中的应用研究,介绍了红外光谱技术的使用方法,阐述了其在材料识别、改性机理研究以及老化性能方面的适用性,认为傅里叶红外光谱技术能够快速有效精确的检测分析沥青的分子层面特性,为研究人员提供新的探索沥青微观性能的思路,对沥青性能有更深层次的认识.     

生物质重油再生沥青流变性能及再生机理研究

实现老化沥青的再生利用,寻求切实可行的老化沥青再生技术和手段,是目前亟需解决的工程问题.为此,研究通过向老化沥青中添加生物质重油的方法以实现老化沥青再生,同时采用布氏粘度、DSR、BBR对再生沥青的流变性能进行测试,同时结合原子力显微镜(AFM)、凝胶渗透色谱(GPC)等微观表征手段对其再生机理进行研究.结果表明:生物质重油可显著改善老化沥青的流变性能;生物质重油再生沥青具有明显良好的低温抗开裂能力;此外,通过观测微观表面形貌发现,生物质重油掺入后,随着其掺量的增大,沥青中胶团逐渐解聚,解聚得到的小蜂状结构逐渐被沥青中的轻组分溶解,蜂状结构逐渐变小,且数目增多;生物质重油对老化沥青的再生以物理作用为主,存在微弱的化学反应.     

甘肃省沥青路面长期老化后沥青微观分析研究

选择了道路石油沥青、实验室Pressure Vessel Aging(PAV)老化及沥青路面长期老化沥青作为研究对象,分析可知与基质沥青及实验室老化沥青相比,SK90#沥青在经过路面长期老化后,沥青的力学性能发生了明显的变化,表现为针入度与延度下降,软化点与粘度升高.通过傅里叶红外变换光谱和凝胶渗透色谱分析可知,沥青在老化过程中发生氧化发应,生成羰基和亚砜基官能团,且小分子链减少,大分子链增加;运用热重分析仪测定了沥青老化前后的热稳定性,发现老化前后沥青的热稳定性能基本保持不变.     

基于微观特性的温拌沥青老化特性研究

选用两种不同温拌剂(Sasobit和Evotherm),分别对三种基质沥青进行改性,并采用布氏粘度、渗透凝胶色谱(HP-GPC)及原子力显微镜(AFM)对其老化特性进行研究.结果表明:相对于基质沥青,温拌沥青(WMA)在老化前后粘度都相对降低,老化时间越长,粘度越大;老化后沥青的GPC曲线左端明显凸起,且老化时间越长,曲线左端凸起越高,LMS值越大,且LMS值与粘度具有良好的相关性,沥青中大分子含量(LMS)增加,沥青粘度也相应增大.通过老化前后沥青的AFM形貌图观测可知,在相同条件下,相对于基质沥青,温拌沥青可有效防止沥青老化;Sasobit温拌剂对沥青的改性作用明显优于Evotherm温拌剂.     

基于G-R常数的再生沥青低温抗开裂性能研究

为了研究不同再生剂对再生沥青低温抗裂性能的影响,以三种掺加不同再生剂(CL、XK、CA)的再生沥青为研究对象,采用动态剪切流变仪(DSR)的频率扫描试验作为试验方法.在此基础上,基于WLF方程及CAM模型,构建参考温度为15℃的主曲线并计算Glover-Rowe(G-R)常数,从而对比再生沥青、老化沥青及基质沥青的低温抗开裂性能.结果表明:再生剂的加入使老化沥青的G-R常数减小,降低了老化沥青的低温开裂风险,同一掺量下三种再生剂对老化沥青低温性能的恢复效果顺序为:XK≈CL>CA;G-R常数与沥青常规指标(15℃延度、25℃针入度、软化点、135℃黏度)均具有较好的相关性,与15℃延度的相关性最好,相关系数达到0.9652.     

沥青老化表征手段研究综述

沥青是影响沥青混合料综合性能的关键因素。对沥青老化程度的研究进行了阐述,通过对沥青老化前后性能的微观表征,观察沥青组分、分子量、内部结构的变化对沥青再生、道路铣刨料重新利用有着非常重要的意义。探讨了采用傅里叶红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析(TGA)、原子吸收光谱(AAS)方法对沥青老化前后化学结构、分子量分布、热稳定性、元素含量变化进行分析。     

短期老化对胶粉改性沥青高温性能的影响

为了研究短期老化对胶粉改性沥青高温性能的影响,采用薄膜烘箱试验(TFOT)对胶粉改性沥青进行老化,通过动态剪切流变试验(DSR)、重复蠕变恢复试验(RCRT),从流变性角度分析了不同老化因素对胶粉改性沥青性能的影响,并结合扫描电镜(SEM)从微观层面对沥青及胶粉老化前后的表观形貌进行分析。结果表明,老化作用使得胶粉改性沥青G*提高、tanδ减小、沥青的高温抗变形能力提高,而老化温度与老化时间的提高则促进了沥青老化程度的加深;老化过程中胶粉仍存在强烈的溶胀与降解反应,两种作用共同促进了胶粉改性沥青的180℃特殊流变性;老化作用使得胶粉改性沥青(εP/εL)减小、沥青变形恢复能力提高,相比于老化温度,老化时间对胶粉改性沥青变形恢复能力的影响更为显著;沥青中的胶粉受老化影响较小,从而使沥青保持较好的弹性。     

基于植物沥青的温拌再生沥青流变及疲劳性能研究

对生物质温拌再生沥青的流变性能和疲劳性能进行研究,选用70^#基质沥青以3.5%,5.5%,7.5%,9.5%,11.5%掺量的生物质温拌再生剂WL-3对室内模拟老化沥青进行再生,采用动态剪切流变仪(DSR)对生物质温拌再生沥青的相位角、复数模量、车辙因子等高温流变性能指标进行研究;通过线性振幅扫描(LAS)对生物质温拌再生沥青、70^#基质沥青和老化沥青的疲劳性能进行研究。结果表明,生物质温拌再生剂WL-3的加入降低了老化沥青的车辙因子、疲劳因子和应变恢复率(R),不可恢复蠕变柔量(Jnr)和疲劳寿命增加,提高了老化沥青的应力敏感性,流变特性得到较好恢复。     

丁苯弹性体/蒙脱土复合材料改性老化沥青

将粉末丁苯橡胶(PSBR)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)与蒙脱土(MMT)制成复合材料,用于改性老化沥青(PSBR质量分数3%,SBS质量分数5%),研究了复合材料及其改性老化沥青的结构,考察了MMT用量对复合材料改性老化沥青物理性能与高温贮存稳定性的影响.结果表明,在PSBR/MMT复合材料中,MMT与PSBR形成了插层结构;在PSBR/MMT和SBS/MMT复合材料改性老化沥青中,复合材料呈球状分布;当MMT用量过大时,部分MMT滞留在聚合物中,出现颗粒MMT;复合材料对老化沥青的物理性能改性优于单独加入MMT;PSBR/MMT复合材料可改善老化沥青的高低温性能;SBS/MMT复合材料可显著改善老化沥青的高温性能;MMT用量不同时,PSBR/MMT复合材料改性老化沥青的贮存稳定性相当;当SBS/MMT(质量比)为5/3时,复合材料改性老化沥青的贮存稳定性较佳.     

基于微观分析的再生沥青特性表征

在实验室对路面老化沥青进行宏观分析,用红外光谱(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重分析(TG)和动态剪切流变实验(DSR)对比研究了路面老化沥青、不同掺量再生剂再生沥青与道路石油沥青性能之间的差别.结果表明,再生沥青羰基和亚砜基峰面积减小;再生沥青分子量分布发生变化,平均相对分子质量减小;再生剂对老化沥青的热稳定性影响较小;随着再生剂掺量的增加,再生沥青复数剪切模量减小、相位角增大,高温抗永久变形性能降低.     

微藻油改性沥青耐老化性能研究

为缓解石油沥青短缺局势,探索微藻油用于沥青改性可行性及改性沥青长期性能,将微藻液经降解、离心、萃取得到微藻油并制备改性沥青。通过不同微藻油掺量下改性沥青延度、软化点和黏度确定微藻油最佳掺量,通过高低温流变试验、混合料路用性能试验分析微藻油改性沥青经旋转薄膜烘箱(RTFOT)短期老化、压力老化容器(PAV)长期老化和紫外老化后性能变化并与SBS改性沥青对比,借助红外光谱分析微藻油改性沥青分子结构组成。结果表明:微藻油掺量为30%(外掺质量分数)时,改性沥青延度达到最大值,软化点和黏度满足改性沥青要求;微藻油改性沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青经RTFOT短期老化后性能差异不显著,微藻油改性沥青耐PAV长期老化和耐紫外老化性能优于SBS改性沥青,尤其是耐紫外老化性能更优。红外分析表明两种改性沥青均含有乙烯基双键、芳香族C—H、甲基和亚甲基等类似成分,但芳香族C—H、伸缩C—C成分含量存在差异。微藻油改性沥青比SBS改性沥青增加的酰胺不饱和基团和羧基利于改性沥青形成网络分子结构。     

两种道路沥青老化动力学研究的比较

为了更加直观地了解废旧橡胶粉改性沥青的老化过程,通过旋转薄膜烘箱试验,比较了基质沥青和改性沥青的老化温度和软化点随着老化时间的变化情况。同时以软化点为参数建立老化动力学模型来反映两种沥青的老化情况,并计算出活化能。试验结果表明胶粉改性沥青的活化能高于基质沥青,表明其抗老化性能得到提高。并对沥青的老化机理进行了探讨。     

沥青结合料再生机理分析

再生沥青是再生沥青路面的关键问题。本文从沥青的组分、性质及老化过程人手,分析沥青再生的途径和方法。分析表明：老化导致的沥青组分化学结构变化使其配伍性变差,导致沥青胶体结构不稳定,表现为路用性能衰降;旧沥青的再生就是把富含芳香分的软组分按比例调和到旧沥青中,使得化学组成配伍性更合理,形成稳定的胶体结构。     

废旧改性沥青的再生利用

以欢喜岭AH-90沥青为基质沥青,采用添加5%SBS改性剂的方法制得符合JTJ036-98 I-C标准的改性沥青。通过薄膜烘箱对其进行一次老化,获得废旧沥青。对废旧沥青加入再生剂和SBS,制得再生沥青;对其进行二次老化。结果表明再生沥青抗老化性能稍优于原改性沥青,表明废旧沥青可以通过再生的方法得到重新利用。     

两种沥青抗老化性能研究

利用建立老化动力学模型来分析和研究再生沥青的抗老化性能。结合鞍山路面维修工程,选取有代表性的旧料,通过苯抽提出废旧沥青,分析技术指标,通过再生剂再生,再考察再生沥青在不同温度,不同老化时间的老化情况,并对老化后软化点进行研究。以老化后软化点为参数建立老化动力学模型。以软化点的变化为参数可以较好地表征再生沥青的动力学过程,求得正确动力学参数。鞍山再生沥青属于一级动力学反应。与辽河AH-90#沥青[1]横向对比,证明再生沥青抗老化性能[2]的可靠性。     

废旧轮胎橡胶灰分改性沥青的性能研究

为了研究废旧轮胎橡胶灰分用于改性沥青的性能,通过高温热分解方法制备橡胶灰分,并以0%~5.0%掺量对2种基质沥青进行改性.采用沥青三大指标、动态剪切流变试验、针入度指数、布氏粘度、弹性恢复、薄膜烘箱试验和离析试验,评价了橡胶灰分对沥青高、低温性能、温度敏感性、粘温性能、弹性恢复、老化性能和储存稳定性的影响.同时借助扫描电镜观察橡胶灰分的微观形貌,利用荧光显微镜分析改性沥青的均匀程度.结果表明:废旧轮胎橡胶灰分可显著提高沥青的高温性能,降低其温度敏感性,改善其粘温性能;当其掺量低于3.0%时,沥青的弹性恢复得到显著改善,而沥青的低温性能、老化性能和储存稳定性无明显影响;微观试验显示橡胶灰分为不规则的蜂窝状多孔结构,可吸附沥青并在其中均匀分布.     

聚异戊二烯接枝聚苯乙烯改性沥青的性能

通过自由基聚合获得聚异戊二烯接枝聚苯乙烯,将其与沥青通过高速剪切共混制备了IR-g-PS改性沥青。考察了IR-g-PS改性沥青的感温性、耐老化性和高温储存稳定性。结果表明,当IR-g-PS的质量分数为6%时,与基质沥青和SIS相比,改性沥青的感温性、耐老化性和高温储存稳定性明显改善。     

固废填料对改性沥青老化过程中的疲劳特性影响研究

为了探究老化过程中固废填料的加入对改性沥青抗疲劳性能的影响,进而分析固废填料对改性沥青老化行为特征的影响。本研究基于赤泥、粉煤灰、硅藻土以及常规矿粉填料制备了4种改性沥青胶浆,在未老化、长期老化两个阶段分别进行线性振幅扫描试验,采用4种疲劳评价指标(累计疲劳损伤D(t)、完整性指数C(t)、应变敏感程度B值和疲劳寿命)评价疲劳性能,并提出老化-疲劳性能衰变指数来表征老化对沥青胶浆带来的负面作用。研究表明:填料的加入会降低原样沥青疲劳性能,但可以改善沥青胶浆经历老化历程后的疲劳性能,即可以提升胶浆的抗老化性能,改善效果由高到低为硅藻土、赤泥、矿粉、粉煤灰;填料的加入同时具有硬化脆化和微粒填充作用,两者此消彼长,共同决定影响效果。     

PE-C9石油树脂改性沥青的研制

实验考察了PE对C9石油树脂改性沥青针入度、软化点以及黏度的影响,并对PE-C9石油树脂改性沥青的老化以及储存稳定性进行分析,采用四组分法对改性机理进行探讨,并利用扫描电镜进行表征。结果表明,当PE与C9石油树脂的质量比为2.1时,改性沥青的针入度,软化点以及黏度均满足要求,同时老化性能和高温储存性能变好。通过四组分的分析可知,C9石油树脂可增加改性沥青体系芳香分的含量,促进PE在C9石油树脂改性沥青中的溶胀和吸附作用,通过电镜观察,当PE与C9石油树脂的质量比为2.1时,PE、C9石油树脂、基质沥青三者形成了稳定的网状结构。