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原文传递基于多孔碳酸钙微球缓释效用的沥青抗老化性能与机理研究

论文题名：	基于多孔碳酸钙微球缓释效用的沥青抗老化性能与机理研究
关键词：	沥青路面;沥青胶浆;碳酸钙微球;再生剂;抗老化性能
摘要：	沥青路面具有平整、施工工期短、噪音小、维修养护方便等优点，是目前应用最广泛、路用性能最优越的路面形式。但沥青路面受到热、氧、光照和雨水等自然因素影响产生老化现象，从而变硬变脆出现开裂、松散等病害，严重制约沥青路面的使用寿命。沥青老化是一个长期并且复杂的过程，其本质是沥青中芳香分转化为胶质、胶质向沥青质的转化演变。虽然不少学者试图在沥青中加入抗老化材料以延缓沥青的老化，但目前的抗老化材料普遍存在作用时间短以及材料失效等技术难题。为此，受纳米孔道材料缓释作用的启发，本论文提出以多孔碳酸钙微球缓释再生剂（主要成分为芳香分组分）补充沥青老化进程中缺失的芳香分组分的方法延缓沥青老化的新策略，通过化学复分解反应制备具有丰富纳米孔道的碳酸钙微球，对负载再生剂的碳酸钙微球作为填料的方式掺入沥青中，通过动态剪切流变试验评价沥青胶浆的抗老化性能，采用原子力显微镜研究分析再生剂的缓释规律，最后从分子角度模拟分析多孔碳酸钙微球孔道内再生剂的缓释机理。通过本研究得出如下结论：　　（1）碳酸钙的形貌结构受聚丙烯酸（PAA）溶液以及聚苯乙烯磺酸钠（PSS）溶液浓度影响，浓度过低或过高都不利于多孔碳酸钙微球的制备，当碳酸钠溶液、氯化钙溶液、聚丙烯酸（PAA）溶液、聚苯乙烯磺酸钠（PSS）溶液的体积比为2∶2∶1∶1时，且碳酸钠溶液与氯化钙溶液物质的量之比为1∶1、PAA溶液质量浓度为3.0g/L、PSS溶液质量浓度为3.6g/L、水浴温度为80℃、搅拌速率为600r/min以及反应时间为1.5h时，制备的多孔碳酸钙微球粒径均匀、孔隙率大、形貌良好。　　（2）将质量比为5∶1的多孔碳酸钙微球和沥青再生剂混合于水浴温度为100℃的无水乙醇中，搅拌速率为400r/min，采用压强为0.1MPa的真空负压，测试结果表明，沥青再生剂成功负载到碳酸钙孔道内。　　（3）通过动态剪切流变试验评价负载再生剂的碳酸钙微球掺量对沥青胶浆抗变形能力影响，分析再生剂缓释对沥青抗老化性能影响规律。试验结果表明，对于未老化沥青，掺入30%负载再生剂的碳酸钙微球时沥青胶浆抗变形能力最佳；而当沥青发生老化后，沥青胶浆的抗变形能力随着微球掺量的增大而降低，但始终高于基质沥青。同时，掺入负载再生剂碳酸钙微球还能有效提高沥青的抗老化性能，掺量越大抗老化效果越明显。　　（4）采用原子力显微镜分析单颗负载和未负载再生剂的碳酸钙微球对沥青老化前后的杨氏模量和粘附力的影响。试验结果表明，碳酸钙微球周围的沥青粘附力提高、杨氏模量降低，这主要是由于再生剂因沥青老化后轻质组分缺失形成的浓度梯度从而向微球四周的沥青基体缓释扩散，软化了微球-沥青界面区域的沥青，进而延缓沥青老化进程。　　子动力学方法分析沥青、再生剂、多孔碳酸钙之间的相互作用，结果表明，老化前后的两个系统中沥青对再生剂的结合力（Fa）均大于多孔碳酸钙对再生剂的结合力（Fb），且在老化沥青体系中Fa与Fb之间的倍数关系更为明显，即老化后沥青与再生剂的结合能更大，吸引能力更强，再生剂能能够从多孔碳酸钙中缓释出来。（5）通过Materials Studio软件建立沥青、再生剂、多孔碳酸钙分子模型，采用分　　通过上述研究表明，多孔碳酸钙微球缓释再生剂补充沥青老化进程中缺失的芳香分组分的创新思路能延缓沥青老化进程，从而提高沥青的耐老化性能，这为延长沥青路面使用寿命提供了新的可行性技术方案。
作者：	邓伟林
专业：	土木工程
导师：	黄文柯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023